Modelowanie wybranych właściwości lasera kaskadowego w oparciu o formalizm NEGF w reprezentacji energetycznej

W artykule opisano modelowanie struktury kwantowego lasera kaskadowego (ang. QCL – Quantum Cascade Laser) z wykorzystaniem formalizmu nierównowagowych funkcji Greena (ang. NEGF – Non-Equilibrium Green’s Functions). Zamieszczono zarys sposobu modelowania, jak również wyniki symulacji, wybranych parametrów transportowych badanej struktury. Istotną cechą opisanej metody jest fakt przeprowadzenia zasadniczej części obliczeń numerycznych (rozwiązywanie równań Dysona i Keldysha) wyłącznie w dziedzinie energii. Macierze hamiltonianów badanego przyrządu w reprezentacji energetycznej mają małe rozmiary, co wydatnie przyspiesza obliczenia. Symulacje przeprowadzono z użyciem dwóch modeli struktury lasera. Piewszy to znany z literatury model nieskończony, bazujący na twierdzeniu Blocha, w którym do otrzymania reprezentacji energetycznej hamiltonianu wykorzystuje się właściwości funkcji Wanniera, drugi natomiast, zaproponowany przez autorów, jest modelem skończonym, który do tego celu wymaga klasycznego rozwiązania równania Shrödingera, w układzie wielu studni kwantowych oraz odpowiedniej transformacji otrzymanych funkcji falowych do dziedziny energii. Obliczenia numeryczne objęły funkcje gęstości stanów oraz funkcje obsadzeń tych stanów, dla niespolaryzowanej i spolaryzowanej struktury lasera. Intencją autorów było znalezienie korelacji pomiędzy obydwoma modelami oraz ich dalsze wykorzystanie na drodze do uzykania efektywnego symulatora kwantowch laserów kaskadowych.

---

Simulations of quantum cascade lasers using Wannier functions are characterized by small size of the Hamiltonian matrix. As a result, the calculations are fast. It is an important feature of this approach, but be aware, that it is a infinite model, in which you can not take into account, the number of superlattice periods, from which was built the laser. This paper proposes a modification of this approach through the use of finite model of superlattice structure. Examples of simulation results obtained using the formalism of non-equilibrium Green’s function illustrate the effects of this modification.