THz量子阱探測器：設計、性能計算與提高.pdf

1、太赫茲波段是目前尚未被深入了解但必定大有可為的一個電磁波段。太赫茲量子阱探測器(THz QWP)由于其子帶躍遷機制,具有響應快、響應頻率設計可調、體積小等獨特優(yōu)點,使其成為太赫茲應用中不可替代的探測器。
　　在第一部分,本文介紹關于THz QWP設計的相關工作。首先THz QWP的摻雜濃度較低,導致之前對于紅外量子阱探測器(IR QWP)的一些近似結論不再成立。本文重新推導了使得暗電流噪聲限制模式探測率(Ddet*)達到最優(yōu)的摻雜

2、濃度。另外,在設計THz QWP時,多體效應是一個十分關鍵的因素。本文闡述了計算THz QWP能帶時的自洽循環(huán)解法,并使用平面波展開法(PWE)進行了數(shù)值計算。接著又考慮退極化能對光電流譜響應峰值進行了修正。計算結果表明考慮多體效應使得QWP的能帶結構和光電流譜的計算結果與實驗值更加吻合。然后,在固定阱區(qū)摻雜濃度的前提下,考慮多體效應給出了使得第一激發(fā)態(tài)能級與量子阱勢壘接近持平(ΔE≈0)的THz QWP參數(shù)。最后,本文使用令Ddet*

3、達到最大這一條件來選取摻雜濃度,給出了滿足ΔE≈0的THz QWP參數(shù)。
　　在第二部分,本文給出了有望提高THz QWP工作溫度的兩種方法。第一種方法是將QWP的尺寸縮小并在其上方安裝一個可以匯聚THz波的天線。數(shù)值模擬結果表明,當使用一個匯聚倍數(shù)為106的天線時,響應頻率高于5.5 THz的QWP有望在高于77 K時實現(xiàn)背景光電流噪聲限制工作模式(BLIP)。第二種方法是使用THz QCL作為QWP的信號光源,使QWP在高溫下