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光学泵浦非对称耦合Ge/SiGe量子阱中的电子布居动力学：实验与模型

DOI：10.3390/photonics7010002 期刊：Photonics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 采用SiGe势垒的n型掺杂Ge量子阱是开发太赫兹频段辐射发射器（如电泵浦量子级联激光器和光泵浦量子喷泉激光器）极具前景的异质结构体系。Ge与SiGe的非极性晶格使电子-声子散射率比极性GaAs低一个数量级。我们基于速率方程方法建立了自洽数值能量平衡模型，该模型包含带内/带间非弹性和弹性散射过程，并通过考虑子带依赖的电子温度与化学势，真实反映了Ge/SiGe量子阱所有子带态中的二维电子气分布。本文将这一全子带模型与标准离散能级模型进行对比——后者材料参数仅限于少数输入值（散射率和辐射截面）。为提供实验案例研究，我们外延生长了由两个非对称耦合量子阱构成的三级系统样品，并采用自由电子激光进行光泵浦。选取1→3子带跃迁的饱和强度作为模型测试基准量，数值量子模型的预测结果与实验合理吻合，其性能显著优于离散能级解析模型（该模型对饱和强度的预测偏差达3倍）。
作者： Chiara Ciano，Michele Virgilio，Luigi Bagolini，Leonetta Baldassarre，Andrea Rossetti，Alexej Pashkin，Manfred Helm，Michele Montanari，Luca Persichetti，Luciana Di Gaspare，Giovanni Capellini，Douglas J. Paul，Giacomo Scalari，Jèrome Faist，Monica De Seta，Michele Ortolani
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究光学泵浦非对称耦合Ge/SiGe量子阱中的电子布居动力学，以开发太赫兹辐射发射器。

研究成果

该研究表明，生长高质量量子阱Ge/SiGe异质结构具有可行性，且全子带数值模型在预测饱和强度方面比离散能级解析模型更有效。结果表明，Ge/SiGe异质结构有望用于开发太赫兹辐射发射器，但需进一步优化模型和实验装置以实现激光增益。

研究不足

该研究受限于实验装置的技术约束，包括太赫兹波段需要高功率脉冲泵浦，以及反常量子阱基态重n型掺杂的相关挑战。此外，饱和强度的实验值与数值估算之间存在差异，表明模型中存在潜在的优化空间。

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