Procesi rasejanja između Landauovih nivoa THz kvantno-kaskadnih lasera u prisustvu magnetnog polja

1. Procesi rasejanja između Landauovih nivoa THz kvantno-kaskadnih lasera u prisustvu magnetnog polja Prof. Dr. Jelena Radovanovć Elektrotehnički fakultet, Beograd, AleksandarDaničić Institut za Nuklearne Nauke Vinča, Prof. Dr. Vitomir Milanović Elektrotehnički fakultet, Beograd

2. Sadržaj • Uvod • Teorijske osnove funkcionisanja kvantno kaskadnih lasera • Rasejanje nosilaca u prisustvu magnetnog polja • Numerički rezultati i diskusija • Zaključak

3. Uvod • Talasna dužina zavisi od sastava i debljina aktivnih oblasti, • Veoma brzi transportni procesi, • Velika izlazna snaga, • Primena u medicini, spektroskopiji, telekomunikacijama u slobodnom prostoru, kao i za detekciju hemijskih i bioloških agenasa (vojna primena).

4. Uvod • Primer aktivne oblasti bazirane na vertikalnim prelazima • Optički aktivan deo strukture čini centralne kvantne jame (gornje i donje lasersko stanje i osnovni nivo), ograničene sa obe strane dvema konačnim superrešetkama – injekciona i kolektorska oblast.

5. Rasejanje na LO fononima • Šematski prikaz emisije i apsorpcije optičkih fonona i prelazak elektrona iz inicijalnog u finalno stanje • Fermijevo zlatno pravilo:

6. Rasejanje na LO fononima • U prisustvu magnetnog polja:

7. Rasejanje na LO fononima • Elektroni se rezonantnim tunelovanjem injektuju na gornji laserski nivo (n=3) • Dijagonalni prelazi sa n=3 na n=2

8. IRS (Rasejanje na Neravninama Površina) • IRS predstavlja elastično rasejanje elektrona na razdvojnim površinama slojeva QCL-a usled postojećih neravnina (karakterističan je za elektronske uređaje koje sačinjavaju tanki slojevi). • Varijacije debljina slojeva uzrokuju zavisnost energije čestica od njihove pozicije u ravni sloja. • Visina neravnine u ravni sloja:

9. IRS (Rasejanje na Neravninama Površina) • Matrični element rasejanja form faktor • Brzina rasejanja • Pretpostavljajući linearnu zavisnost razlika energija inicijalnog i finalnog stanja od pozicije zi, dobijamo konačni izraz za brzinu rasejanja na neravninama površina:

10. Rezultati • Posmatrana struktura GaAs/Al0.15Ga0.85As • Dimenzije strukture 56/71/31/167 Å

11. Rezultati • Cepanje kontinualnih energetskih stanja na serije diskretnih Landauovih nivoa:

12. Buduća istraživanja • Rešavanjem kompletnog sistema brzinskih jednačina može se odrediti pojačanje QCL-a: ... -2 2 ... -1 1 0

13. Zaključak • Predstavljen je detaljan model proračunavanja vremena relaksacija za THz kvantno-kaskadni laser baziranog na dizajnu aktivne oblasti od samo dve kvantne jame, kada je prisutno jako magnetno polje. • Poređene su vrednosti brzina relaksacija nosilaca sa gornjeg laserskog nivoa usled rasejanja na LO fononima i neravninama površina (IRS), i njihova zavisnost od magnetnog polja. • Variranjem jačine magnetnog polja, možemo detektovati regione sa značajno smanjenim rasejanjima, time kontrolisati izlazno optičko pojačanje.

14. Hvala na pažnji!!