毕业论文（设计）--量子阱光波导中传波模式和性能的研究

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1、毕业论文（设计）题目量子阱光波导中传波模式和性能的研究姓名陈威所在学院理学院专业班级05光信1学号0511122132指导教师陈义万日期2009年6月1日23量子阱光波导中传波模式和性能的研究摘要：本文利用转移矩阵技术，分析了多量子阱波导的传波模式和色散特性，给出了适用于TE模和TM模两种偏振态的等效三层平板波导芯子折射率的解析公式，该公式清楚地说明了多量子阱波导的本征双折射行为。为了解决量子阱数很少的情况下使用薄膜近似带来误差这个问题，本文以曹庄琪先生的工作为基础，采用迭代的方法，导出了任意折射率多量子阱波导的

2、色散方程，该方程的数值精度与量子阱数的多少无关。关键词：量子阱光波导，转移矩阵，传波模式，色散方程Abstract：Usingtechnologyoftransfermatrix，themodeoftransmissionanddispersioncharacteristicsisinvestigated.AnalyticalformulasfortheequivalentMQWwaveguidesarederivedfortwopolarizationstates，andtheintrinsicbirefrin

3、genceofMQWwaveguidesisclearlyillustrated.Inordertosolvetheproblemthaterrorswillbebroughtaboutbytheuseofthin-filmapproximationerrorinthecircumstancesofasmallnumberofquantumwells,theiterativemethodisusedinthispaperandthedispersionequationofMQWwaveguideisderived

4、witharbitrarydistributionofrefractiveindex,whichisonthebasisofMr.CaoZhuangqi’works.Thenumericalaccuracyoftheequationhasnothingtodothenumberofquantumwells.Keyords:quantumwellswaveguidestransfermatrixmodeoftransmissiondispersionequation23量子阱光波导中传波模式和性能的研究2第一章绪论

5、41.1超晶格与量子阱的概念41.2研究意义41.3国外发展状况51.4解决方法5第二章转移矩阵法简介72.1转移矩阵的引入7第三章转移矩阵法解决多量子阱光波导问题103.1用转移矩阵法解简单阶跃折射率分布多量子阱波导问题103.2任意折射率分布多量子阱光波导的新方法133.21等效折射率近似133.22任意折射率分布的多量子阱波导153.23数值结果18第四章结束语21致谢2223第一章绪论1.1超晶格与量子阱光器的概念超晶格【1】【2】【3】是指新型半导体材料的结构而言。这种新型半导体由交替的多层薄膜组成，薄

6、膜一般是两种或三种半导体材料，膜层厚度一般为几十埃到几百埃，膜层导电类型(通过掺杂控制)和厚度可根据性能要求加以改变。这种层数及每层厚度都确定的交替结构周期地重复排列，便形成超晶格结构。交替结构周期排列，周期厚度可为几百埃。这类似于晶体的晶格排列，而周期又比晶格周期(一般只有几埃)大几百倍，故将其称作超晶格。量子阱就是两种不同势垒高度(不同禁带宽度)的材料，形成超晶格，当低势垒(窄禁带宽度)材料在高势垒(宽禁带宽度)材料之间时，低势垒材料中的电子由于受高势垒的约束，无法自由运动，犹如处在势阱中。但是，当势阱尺寸(

7、宽度)减小到可与电子的德布罗依波长相比时，便产生了量子效应，即电子在势阱中运动量子化。在一定条件下，它可以穿越势垒自由运动，这便是量子阱效应的基础。1.2研究意义半导体超晶格量子结构的研究开拓了新的十分重大的应用前景它把固态电子器件和光电子器件推入到一个全新的发展阶段。一方面，由于超晶格量子结构的组份、掺杂和层次结构可以在原子尺度上随意控制，这就为设计新型固体器件提供了极大的自由度。精心的材料工程设计可保证获得最佳的器件性能。利用调制掺杂技术获得高电子迁移率的器件(HEMT器件)就是其中突出的实例之一在能带结构经

8、过人工剪裁的多层异质结结构中，利用量子隧道穿透和热电子纵向弹道输运等各种量子效应，可以构成新的晶体管效应，并且由此而发展成新一类量子电子器件和量子集成电路(美国TaxasInstruments公司推出的新概念)，成为当前固态电子学注目的发展方向。另一方面，超晶格量子结构中呈现的新物理现象和效应不断开辟出新的器件应用领域。例如，利用量子阱中维度限制造成的激子饱和吸收和光学非