论文摘要
半导体光放大器(SOA)在全光信号处理领域中的应用很广泛,对其特性进行改善显得尤为重要。SOA中载流子的特性在本质上与有源区的能带结构有关,对有源区的能带结构进行设计可以改善载流子的特性。量子阱相比于体材料可以得到更快的增益恢复,而量子阱的能带计算以及在此基础上其他参数的计算与讨论是量子阱SOA设计以及动态特性模拟的基础。本文在对量子阱的发展以及基本特性介绍的基础上,利用k ? p微扰模型对应变量子阱的能带结构进行了详细的计算。对于导带比较简单,采用抛物带模型。对于价带,哈密顿量采用6×6形式,对于有效质量方程的求解采用平面波展开法,并分析了用来展开的平面波的数目与周期对能量本征值的影响。在实际的计算中,平面波的周期必须足够大以保证包络函数在边界处消失,同时平面波的数目必须足够多以保证计算精度,当然随着平面波数的增加,程序的运行效率下降,实际中给定一个精度来确定所取的平面的数目。对于量子阱的比较重要的参数(如增益谱、线宽加强因子),进行了详细的推导与计算,这是后面非对称多量子阱动态特性模拟的理论基础。利用前面计算得到的能带结构与包函数,得到了不同应变量子阱的增益与波长的关系,并且讨论了峰值增益波长和大小与应变量以及阱宽的关系。进一步给出了不同应变量子阱的在一定载流子浓度下的线宽加强因子与光子能量的关系。最后,在量子阱数值分析的基础上,针对非对称多量子阱的动态特性进行了简单的模拟,这里重点关注载流子的传输效应对于增益动态特性的影响。