شبیه ‌سازی دینامیک و مشخصه های خروجی لیزرهای آبشار کوانتومی در ناحیه‌ ی تراهرتز

یکی از منابع مهم تولید تابش تراهرتز، لیزرهای آبشار کوانتومی (qcls) با کاواک‏ های پلاسمونیکی هستند. مشخصات خروجی یک qcl را می‏ توان با معادلات نرخ سه ترازی شرح داد. با حل این معادلات به تحول وارونگی جمعیت و تعداد فوتون‏ ها برحسب زمان دست پیدا می‏ کنیم. در این مقاله، تاثیر جریان الکتریکی را بر وارونگی جمعیت و تعداد فوتون‏ ها بررسی می‏ کنیم و خواهیم دید که اعمال جریان الکتریکی تا مقدار 5/2 آمپر باعث افزایش وارونگی جمعیت شده و به قله می‏ رسد و بعد از آن وارونگی جمعیت کاهش می‏ یابد. همچنین، با استفاده از رابطه‏ ی بین توان خروجی و تعداد فوتون‏ ها، نمودار p-i را برای لیزرهای آبشار کوانتومی تراهرتز با دو نوع ساختار (توری با گام ثابت و توری چرپ شده) با دو افت متفاوت، رسم می کنیم خواهیم دید که مقدار جریان آستانه و بازدهی شیب برای این دو توری کاملا متفاوت است.

Simulation of Dynamics and Output Characteristics of Quantum Cascade Lasers and in Terahertz Region

One of important sources for terahertz radiation is quantum cascade lasers (QCLs) with plasmonic cavities. The output characteristics of a QCL can be described by three-level rate equations. By solving these equations, we obtain the time evolution of population inversion and the number of photons. In this paper, we examine the effect of injection current on the population inversion and the number of photons, and we will see that applying current up to 2.5 A increases the population inversion and reaches the peak, and then the population inversion decreases. Also, using the relationship between the output power and the number of photons, we plot the P-I diagram for terahertz quantum cascade lasers based on two types of structures (fixed-pitch grating and chirped grating) and we observe that the threshold current and slop efficiency for these two structures are totally different.