耦合量子阱能級特性與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究.pdf

1、本論文對耦合量子阱能級特性及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行研究。量子阱材料由于電光效應(yīng)比體材料強很多，在較低的電壓下就可以實現(xiàn)大的吸收系數(shù)變化和折射率變化，因此人們利用量子阱材料制作了各式各樣的波導(dǎo)型器件，如行波調(diào)制器、光開關(guān)。利用傳統(tǒng)的矩形量子阱材料制作的波導(dǎo)型器件存在吸收損耗大、消光比低等缺點，為了推進(jìn)量子阱材料在集成光學(xué)器件中更廣泛的應(yīng)用，有必要尋求一種在低工作電壓、低吸收損耗下能產(chǎn)生一個大折射率變化的新型量子阱結(jié)構(gòu)。 本論文主要作了以下

2、幾個工作：(1)利用微擾論研究了對稱耦合量子阱中電子和空穴對稱、反對稱能級的形成，發(fā)現(xiàn)這些能級由單量子阱中電子、空穴基態(tài)能級分裂而來。把電子和空穴對稱、反對稱能級視作二能級體系，得出它們在外電場作用下分離成能級差更大的兩個能級，即具有較低能量的下能級和較高能量的上能級，而且下能級和上能級對應(yīng)的本征態(tài)中既有對稱態(tài)成分，又有反對稱態(tài)成分的結(jié)論。 (2)利用耦合模理論分析了非對稱耦合量子阱中電子和空穴最低、次低能級，發(fā)現(xiàn)這些能級由非對

3、稱阱中的左右阱分別視作單阱時基態(tài)能級通過耦合而形成。比較了對稱阱與非對稱阱應(yīng)用于行波調(diào)制器、光開關(guān)中的優(yōu)劣，設(shè)計出了一種新的耦合量子阱結(jié)構(gòu)—準(zhǔn)對稱耦合量子阱。 (3)根據(jù)準(zhǔn)對稱耦合量子阱的勢能結(jié)構(gòu)特點，提出了壘、阱材料的選取原則；推導(dǎo)了InP基InGaAs/InAlAs應(yīng)變量子阱中阱和壘中的應(yīng)力、阱和壘的帶隙、阱和壘之間的帶偏移的插值計算公式?？紤]了導(dǎo)帶與價帶間的帶混合效應(yīng)對電子和輕空穴的影響，利用Bastard兩帶模型給出電子

4、和輕空穴有效質(zhì)量與本征能量的關(guān)系，并通過遂穿共振法求解本征能量和本征波函數(shù)。 (4)總結(jié)出六條優(yōu)化準(zhǔn)對稱耦合量子阱的原則，并根據(jù)這些原則求出了InP基InGaAs/InAlAs準(zhǔn)對稱耦合量子阱各項參數(shù)；給出了優(yōu)化后量子阱的電光特性，結(jié)果表明：優(yōu)化后的耦合阱不僅較好地處理了偏振相關(guān)性問題，而且在工作波長1.55μm，當(dāng)外場僅為15kV/cm時，折射率變化就超過了0.01(TE：△n=0.0108，TM：△n=0.0107)，而此時