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姓名:李清 学号:201222240943 学院:电子科学技术研究院
龙格库塔法解半导体激光器速率方程
1、光强与载流子随时间变化曲线
图1
图2
2、分析半导体激光器工作原理
从图1中我们可以看出激光器工作开始时反转粒子数不断增加,当超过阈值后发生激光的激射。
同时,观察图2我们还可以发现,当发生激射后,反转粒子数还在不断增加,激光光强不断增加。由于激光的产生是以消耗反转粒子数为代价的,因此载流子数开始减少,小于阈值后便不会继续产生激光。接着反转粒子数被不断激励,数目增加,超过阈值后又发生激光激射,这就是半导体激光器的工作原理。
3、使用稳态分析推导阈值电流的大小
在稳态时,增益等于损耗,也就是G=r,同时电场和载流子数均不随时间变化,将这些带入第二个方程,即可解得结果如下,与之电流为0.058417067A。
4、源程序:
t0=0;
h=1e-12;
tn=1e-8;
n=(tn-t0)/h+1;
E=zeros(1,n);
N=zeros(1,n);
E(1)=0.1;
N(1)=1e8;
t=t0:h:tn;
for i=1:n-1
E1=f1(N(i),E(i));
E2=f1(N(i)+h/2,E(i)+E1*h/2);
E3=f1(N(i)+h/2,E(i)+E2*h/2);
E4=f1(N(i)+h,E(i)+E3*h);
E(i+1)=E(i)+(E1+2*E2+2*E3+E4)*h/6;
N1=f2(E(i),N(i));
N2=f2(E(i)+h/2,N(i)+N1*h/2);
N3=f2(E(i)+h/2,N(i)+N2*h/2);
N4=f2(E(i)+h,N(i)+N3*h);
N(i+1)=N(i)+(N1+2*N2+2*N3+N4)*h/6;
end
Nn=N(n);
In=abs(E(n)).*abs(E(n));
N0=1.5e8;
g=3.6e3;
r=252e9;
Nx=r/g+N0;
q=1.6e-19;
re=1.66e9;
I0=re*Nx*q+r*q*E(n);
subplot(211)
plot(t,abs(E))
title(电场强度曲线)
xlabel(t)
ylabel(E)
subplot(212)
plot(t,N)
title(载流子数变化曲线)
xlabel(t)
ylabel(N)
figure(2),plot(t,abs(E).*abs(E))
title(光强变化曲线)
xlabel(t)
ylabel(光强)
function f1=f1(N,E)
a=3;
g=3.6e3;
N0=1.5e8;
G=g*(N-N0);
r=252e9;
f1=0.5*(1+1i*a)*(G-r)*E;
function f2=f2(E,N)
I=90e-3;
q=1.6e-19;
re=1.66e9;
g=3.6e3;
N0=1.5e8;
G=g*(N-N0);
f2=I/q-re*N-G*(abs(E))^2;
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