Modelling of gain, differential gain, index change and linewidth enhancement factor for quantum well lasers

Abstract

ÖZET KUANTUM KUYU LAZERLERİ İÇİN KAZANÇ, DİFERANSİYEL KAZANÇ, KIRINIM DEĞİŞİMİNİ VE ÇİZGİ GENİŞLİK FAKTÖRÜNÜN MODELLENMESİ DİNDAROĞLU, Semra Yüksek Lisans Tezi, Fizik Müh. Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Beşire GÖNÜL Ocak 2002, 78 Sayfa Bu tezde yarı iletken kuantum kuyu lazerlerinde katkı atomlarının fermi fonksiyonu, diferansiyel kazanç, kesikli- fermi seviyesi ve kendiliğinde oluşan yayılma faktörü üzerindeki etkisi incelendi. Katkılı ve katkısız kuantum kuyusu için geçirgen taşıyıcı yoğunluğunu inceledik. Bu yoğunlukta maksimum kazanç sıfır ve yarı iletken malzeme geçirgendir. InGaAs yarı iletken kuantum kuyu lazerlerinin performansıyla ilgili önemli konularından lazer kazancını ve çizgi genişlik faktörünü teorik olarak inceledik. Taşıyıcıya bağlı kırılma indisi ve diferansiyel kazançtaki ölçülen değişikliklerden a parametresi elde edilir. Çizgi genişlik faktörü, diferansiyel kırılma indisi, diferansiyel kazanç, maksimum optik kazanç ve kuantum kuyu yapısındaki elektron ve boşluklar için kesikli enerji seviyelerini incelemek için basit yaklaşımları inceledik. Bu basit ifadeler dalga boyuna bağlı çizgi genişlik faktörünü hesaplamak için çabuk ve kolay bir yoldur ve bu önemli parametrenin fiziğini anlamak için bize yardım eder. Büyük diferansiyel kazanç ve küçük diferansiyel kırılma indisi çizgi genişlik faktörünün küçülmesine sebep olur. Anahtar kelimeler: Optik kazanç, çizgi genişlik faktörü, diferansiyel kırılma indisi, diferansiyel kazanç.

ABSTRACT MODELLING OF GAIN, DIFFERENTIAL GAIN, INDEX CHANGE AND LINEWIDTH ENHANCEMENT FACTOR FOR QUANTUM WELL LASERS DİNDARO?LU, Semra M.Sc, Engineering Physics Department Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Beşire GÖNÜL January 2002, 78 Pages In this thesis the effect of doping on the quasi-Fermi level, fermi function, differential gain and spontaneous emission factor in semiconductor quantum well laser were investigated. We have examined the transparency carrier density for an undoped and doped quantum well at which maximum gain is zero and semiconductor material is transparent. We investigated theoretically a number of important issues related to the performance of InGaAs quantum well (QW) semiconductor laser. These include a basic derivation of the laser gain and the linewidth enhancement factor, a. The a parameter is determined from measured changes in both differential gain, dg/dN, and carrier dependence of the refractive index, dn/dN. We examined explicit approximations to examine the quantized energy level of electrons and holes in quantum well structure, the optical gain, the differential gain, the differential refractive index and the linewidth enhancement factor. These simple expressions represent a quick and easy means of calculating the wavelength dependence of the linewidth enhancement factor and help us to understand the physics influencing this important parameter. By means of using these explicit expressions we have seen that mthe large differential gain and small differential index result a decrease in a linewidth enhancement factor. Key words: Optical gain, linewitdh enhancement factor, differential refractive index, differential gain. IV