Three dimensional modelling of quantum cascade lasers` characteristic parameters

Abstract

Kuantum kaskat lazerler (QCL), kuantum kuyuları içeren yarı iletken lazerlerdir. Kuantum kuyuları, QC lazerlere farklı bir nitelik sağlar. Kuantum kuyularının derinliğinin değiştirilmesi, QC lazerlerin farklı dalga boylarına ulaşmasına neden olur. QC lazerlerin optik kazanç, çizgi genişleme faktörü ve kırınım indis değişimi gibi ayırt edici özellikleri vardır. Bu parametreler, içinde bulunulan koşullara göre farklılık gösterir. Bu çalışmada, akım ve dalga boylarına göre değişiklik gösteren optik kazanç, çizgi genişleme faktörü (alfa parametre) ve kırınım indis değişimi QC lazerler için deney verileri kullanılarak üç boyutlu modellenmiştir. En uygun yüzeyi bulabilmek için regresyon analiziyle birlikte yüzey uydurma yöntemi uygulanmıştır. Test ve deney sonuçları, minimum hataya sahip özellikler içeren yüzey eğrisi elde etmek için kullanılmıştır. En küçük kareler yöntemi dışındaki metotlar için MATLAB programı kullanılmıştır. Çalışma sonunda, kullanılan metotlar içinde QC lazerlerin özelliklerine uygun ideal verileri bulan en iyi yüzey uydurma tekniği saptanmıştır.

Quantum cascade lasers (QCL) are semiconductor lasers that contain quantum wells. Quantum wells provide distinct quality for QCLs. Changing width of quantum wells cause to obtain different wavelengths for QCLs. QCLs have critical characteristic quantities such as optical gain, linewidth enhancement factor (LEF) and refractive index change. These parameters differ according to conditions. In this study; relating to injection current and wavelength the changes of optical gain, LEF (Alpha parameter) and refractive index change which are characteristic parameters of QCLs are modelled three dimensionally considering experimental values. Surface fitting techniques: regression analysis (lowest, polynomial) and method of least squares are applied to provide the optimal surface. Both the training and test results are used to obtain surface curves of characteristic quantities with minimum error. Except method of least squares, MATLAB program is used to find the surfaces and the errors of techniques. In this study, we present the best fitting technique to find the ideal parameters for each different QCLs' variables.