量子线材料折射率变化低偏振相关性研究
量子线材料中，自由载流子会在两个维度受到限制作用，这使得量子线材料对比体材料和量子阱材料具有更优的光学性质，如更容易达到激光器所需要的粒子束反转数以及更稳定的温度特性等。有源区载流子浓度变化导引的折射率变化是全光开关、全光逻辑门、波长转换器等光通信器件的主要工作机理。为了在实际应用中保证这些器件获得良好的工作性能，要求当载流子注入时，器件对TE模和TM模的折射率变化具有低的偏振相关性。 本文从半导体能带理论出发，结合量子线材料的应变分布，使用包含应变的八带k.p理论模型建立量子线材料能带求解矩阵，并选用正交平面波展开法进行能带结构的求解。在此基础上，计算了载流子注入后量子线材料导带和价带的准费米分布、动量矩阵元和谱线展宽效应。考虑带隙收缩效应的影响，得到由能带填充效应引起的吸收系数的变化，然后由Kramers-Kronig变换关系得到由吸收系数变化带来的折射率变化量。进一步计算自由载流子吸收效应引起的折射率变化量，最终建立载流子导引的量子线材料折射率变化理论分析模型。 基于上述理论分析模型，利用MATLAB仿真分析了线区材料组分、垒区材料组分、柱状量子线直径和自由载流子浓度对材料TE模与TM模折射率变化的影响规律，并剖析了其中的物理机制。以此为基础，提出了一种实现量子线材料折射率变化低偏振相关的多参数调配方法，并设计出C波段（1530nm-1565nm）内折射率变化低偏振相关（＜1%）的InGaAs/InGaAsP量子线材料,表明该多参数调配方法对量子线材料折射率变化低偏振相关的设计具有指导作用。
半导体材料;量子线;自由载流子;折射率变化量;能带结构
武汉大学
硕士
物理电子学
缪庆元
2019
中文
TN304.01
2022-06-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）