CN108493770A - 一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，所述仿真方法包括以下步骤：设计量子阱区域结构、自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构，获取由2种结构共同组成的电注入激光器；根据布拉格反射波导结构计算自发参量下转换过程的相位匹配调谐曲线，微调结构参数使得该简并泵浦波长的位置在量子阱峰值增益波长附近；由微调后的布拉格反射波导结构计算电注入激光器的注入电流、与内部光功率的关系曲线、布拉格波导自发参量下转换过程的功率密度谱，进而确定关联光子对产生效率。本发明实现了对电注入关联光子对源的特性进行***地理论分析，满足了实际应用中的多种需要。

Description

一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法

技术领域

本发明涉及集成量子光学领域，尤其涉及一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法。

背景技术

关联光子对源是量子光学信息处理中的重要资源，已经广泛应用于量子密钥分配、量子隐形传态、量子成像与量子存储等领域。

关联光子对有光泵浦和电泵浦两种产生机制。光泵浦产生关联光子对的原理有利用非线性晶体的二阶光学非线性效应和三阶光学非线性效应两种，不适合集成大规模生产。电泵浦关联光子对源有量子点双激子辐射二极管和布拉格反射波导集成关联光子对源。其中，电泵浦布拉格反射波导关联光子对源是同时利用量子阱材料的增益特性和非线性特性，集成量子阱激光器和自发参量下转换的布拉格反射波导为一体，产生关联光子对。

对于关联光子对产生的非线性过程，自发参量下转换被认为是最有效的方法之一，这一过程利用材料的二阶非线性效应实现泵浦光(λ_p)在满足Ⅱ类相位匹配的条件下，同时产生TE(横电)偏振的信号光(λ_s)和TM(横磁)偏振的闲频光(λ_i)。半导体是实现集成***的理想材料，而且AlGaAs、GaInP等半导体材料具有较高的二阶非线性系数，这为电注入关联光子对源的大规模集成提供了材料基础。

2014年，法国Sara Ducci研究小组利用AlGaAs材料体系在布拉格实现了电注入产生1.55μm波长附近的关联光子对源。但是，这种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源存在阈值电流高、电注入产生光子对效率低等问题，直接影响了电泵浦关联光子对源的应用。

综上所述，当务之急是建立一套关于电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，对这些问题***地分析，进一步改善关联光子对源的特性。

发明内容

本发明提供了一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，本发明实现了对电注入关联光子对源的特性进行***地理论分析，满足了实际应用中的多种需要，详见下文描述：

一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，所述仿真方法包括以下步骤：

设计量子阱区域结构、自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构，获取由2种结构共同组成的电注入激光器；

根据布拉格反射波导结构计算自发参量下转换过程的相位匹配调谐曲线，微调结构参数使得该简并泵浦波长的位置在量子阱峰值增益波长附近；

由微调后的布拉格反射波导结构计算电注入激光器的注入电流、与内部光功率的关系曲线、布拉格波导自发参量下转换过程的功率密度谱，进而确定关联光子对产生效率。

所述电注入激光器包括：

下电极、N型衬底、N型布拉格波导层、单量子阱层或多量子阱层、P型刻蚀阻挡层、P型布拉格波导层、P型保护层和上电极。

所述设计量子阱区域结构具体为：

选择二阶非线性系数大于某一阈值的材料作为量子阱区域材料，确定阱区厚度、量子阱、以及垒的材料组分，同时确定对应结构的衬底材料；计算量子阱在应力下的阱深大小；

计算z方向电子、空穴的分立能级和波函数；计算x,y方向考虑带混合效应的空穴能带结构；

根据空穴能带结构计算价带状态密度、跃迁动量矩阵元和给定载流子浓度下的费米能级；

计算量子阱的线性增益系数，并找到峰值增益的波长位置。

所述设计自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构具体为：

根据波导芯层厚度和材料选择布拉格波导反射层的材料，并设计满足1/4波长布拉格波导的条件的布拉格反射层厚度；

根据布拉格芯层和反射层厚度在COMSOL软件中建立结构模型，求解不同泵浦波长和自发参量下转换波长处的有效折射率，得到结构模型的色散特性；

由色散特性和Ⅱ类相位匹配条件，求解该结构模型可以实现自发参量下转换的泵浦光波长和下转换光波长，得到相位匹配调谐曲线。

所述波导芯层厚度具体为：

以设计量子阱区域得到的峰值增益对应的波长作为自发参量下转换的泵浦波长，根据泵浦波长计算波导芯层厚度。

所述简并泵浦波长具体为：

自发参量下转换中使得信号光λ_s和闲频光λ_i的波长只有一组解的泵浦光波长。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明选取的电泵浦的布拉格反射波导集成关联光子对源，利用了半导体材料的高二阶非线性特性，可以实现关联光子对源的大规模集成；

2、使用本发明提出的仿真方法可以分析关联光子对源的激光增益特性和自发参量下转换效率；

3、本发明为设计电泵浦布拉格波导产生关联光子对源提供了理论基础，可以通过***地理论分析改善产生的关联光子对特性。

附图说明

图1为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源仿真方法的流程图；

图2为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的结构示意图；

图3为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的z向能级示意图；

图4为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的导带电子波函数示意图；

图5为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的重空穴波函数示意图；

图6为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的轻空穴波函数示意图；

图7为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的xy方向空穴能带结构(E-k_xy)示意图；

图8为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的空穴状态密度示意图；

图9为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的导带第一能级(C1)和重空穴第一能级(HH1)间的跃迁动量矩阵元示意图；

图10为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的线性增益示意图；

图11为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的色散特性示意图；

图12为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的相位匹配调谐曲线示意图；

图13为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源注入电流与内部光功率的关系曲线示意图(本征损耗α_i＝20cm^-1，载流子的注入效率η_i分别为20％、30％、以及40％)；

图14为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源自发参量下转换过程的功率密度谱示意图；

图15为电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的关联光子对产生效率示意图(本征损耗α_i＝20cm^-1，载流子的注入效率η_i分别为20％、30％、以及40％)。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，是集成量子阱激光器和布拉格反射波导的关联光子对源。这种波导对泵浦光和下转换光模式采用不同的光限制和光导引机制，来实现自发参量下转换过程中的Ⅱ类相位匹配：泵浦激光为布拉格模式(TEB横电布拉格模式)，利用量子阱区两侧的布拉格反射层进行限制和导引，使泵浦激光模式主要限制在量子阱中，在布拉格反射层中则快速衰减；自发参量下产生的信号光(λ_s)和闲频光(λ_i)为偏振互相垂直的全反射模式，分别为TE(横电)偏振和TM(横磁)偏振，利用量子阱的垒区与第一组周期性结构共同构成折射率“低-高-低”的组合进行全内反射限制，使得自发参量下转换光模式的有效折射率在量子阱的垒区材料折射率附近。

实施例1

本发明实施例在设计电泵浦布拉格反射波导关联光子对源时主要分为两部分，首先确定电注入激光器的量子阱区域，作为整个电泵浦布拉格反射波导的芯层，然后设计实现自发参量下转换过程的布拉格波导结构。下面结合图1进行详细的介绍，该模型设计理论包括：

101：设计量子阱区域结构、自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构，获取由2种结构共同组成的电注入激光器；

其中，电注入激光器包括下电极、N型衬底、N型布拉格波导层、单量子阱层或多量子阱层、P型刻蚀阻挡层、P型布拉格波导层、P型保护层和上电极。

102：根据布拉格反射波导结构计算自发参量下转换过程的相位匹配调谐曲线，微调结构参数使得该简并泵浦波长的位置在量子阱峰值增益波长附近；

103：由微调后的布拉格反射波导结构计算电注入激光器的注入电流、与内部光功率的关系曲线、布拉格波导自发参量下转换过程的功率密度谱，进而确定关联光子对产生效率。

其中，步骤101中的设计量子阱区域结构具体为：

选择二阶非线性系数大于某一阈值的材料作为量子阱区域材料，确定阱区厚度、量子阱、以及垒的材料组分，同时确定对应结构的衬底材料；计算量子阱在应力下的阱深大小；

计算z方向电子、空穴的分立能级和波函数；计算x,y方向考虑带混合效应的空穴能带结构；

根据空穴能带结构计算价带状态密度、跃迁动量矩阵元和给定载流子浓度下的费米能级；

计算量子阱的线性增益系数，并找到峰值增益的波长位置。

其中，步骤101中的设计自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构具体为：

根据波导芯层厚度和材料选择布拉格波导反射层的材料，并设计满足1/4波长布拉格波导的条件的布拉格反射层厚度；

根据布拉格芯层和反射层厚度在COMSOL软件中建立结构模型，求解不同泵浦波长和自发参量下转换波长处的有效折射率，得到结构模型的色散特性；

由色散特性和Ⅱ类相位匹配条件，求解该结构模型可以实现自发参量下转换的泵浦光波长和下转换光波长，得到相位匹配调谐曲线。

进一步地，该仿真方法还包括：以设计量子阱区域得到的峰值增益对应的波长作为自发参量下转换的泵浦波长，根据泵浦波长计算波导芯层厚度。

其中，步骤102中的简并泵浦波长具体为：

自发参量下转换中使得信号光λ_s和闲频光λ_i的波长只有一组解的泵浦光波长。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

综上所述，本发明实施例选取的电泵浦的布拉格反射波导集成关联光子对源，利用了半导体材料的高二阶非线性特性，可以实现关联光子对源的大规模集成；使用本发明提出的仿真方法可以分析关联光子对源的激光增益特性和自发参量下转换效率。

实施例2

下面结合具体的设计流程对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：

201：电注入激光器整体结构由量子阱区域和自发参量下转换过程的布拉格波导共同组成；

选择合适的量子阱结构参数使得电注入激光器在所需泵浦波长附近产生较大增益，该电注入激光器整体结构由量子阱区域和自发参量下转换过程的布拉格波导共同组成，即电注入激光器整体结构包括：下电极、N型衬底、N型布拉格波导层、单量子阱层或多量子阱层、P型刻蚀阻挡层、P型布拉格波导层、P型保护层和上电极。

计算电注入激光器线性增益系数g的公式为：

其中，e为电子电量，ω为光子角频率，n_r为材料折射率，为普朗克常量，c为真空中的光速，ε₀为真空介电常数，m₀为自由电子质量，L_z为阱区厚度，为导带第n能级到价带第m能级的跃迁动量矩阵元，E_cv为导带能级与价带能级的跃迁能量，τ_in为带间电子弛豫时间，f_c、f_v分别为导带和价带的费米分布；k为光子波矢量，dk为对波矢量k的微分，整个表达式是在k空间积分的结果。

202：设计电注入激光器量子阱区域；

203：设计自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构；

根据泵浦波长计算布拉格波导芯层厚度和布拉格波导反射层厚度，其中芯层材料为上述量子阱区域(包括阱区和垒区)，该布拉格反射波导结构同时也作为上述激光器的布拉格波导层。

204：根据布拉格反射波导结构计算自发参量下转换过程的相位匹配调谐曲线，微调结构参数使得该简并泵浦波长的位置在量子阱峰值增益波长附近；

寻找调谐曲线简并泵浦波长(即自发参量下转换中使得信号光λ_s和闲频光λ_i的波长只有一组解的泵浦光波长λ_p)，微调结构参数，使得该简并泵浦波长的位置在量子阱峰值增益波长附近。

具体实现时，该仿真方法还包括：判断简并泵浦波长的位置是否在量子阱峰值增益波长附近，如果是，则执行步骤205，如果否，则重新执行步骤202。

205：计算微调后的布拉格反射波导结构的关联光子对产生效率。

由上述步骤204中确定的结构参数计算电注入激光器的注入电流与内部光功率的关系曲线，两者满足以下的关系式：

其中，P_internal为电注入激光器产生泵浦光的内部功率，η_i为载流子的注入效率，α_i为腔内损耗，α_m为腔镜损耗，I_th为阈值电流，I为注入电流。

进一步，计算得到布拉格反射波导自发参量下转换过程的功率密度谱：

Δk＝β_p-β_s-β_i

其中，P_s(i)为自发参量下转换产生的信号光(闲频光)功率，P_p为泵浦光功率，d为二阶非线性系数，L为波导腔长，n_s信号光的材料折射率，n_i为闲频光的材料折射率，n_p为泵浦光的材料折射率，λ_s(i)为信号光(闲频光)的波长，λ_i(s)为闲频光(信号光)的波长，β_p为泵浦光的传播常数，β_s为信号光的传播常数，β_i为闲频光的传播常数，A_I为自发参量下转换过程中的三波互作用面积。

根据泵浦光功率和自发参量下转换过程功率密度谱的积分结果，进一步确定该微调后的布拉格反射波导结构的关联光子对产生效率。

其中，步骤202中的设计电注入激光器量子阱区域的步骤具体为：

1)选择二阶非线性系数较大的材料作为量子阱区域材料，确定阱区厚度L_z、量子阱、以及垒的材料组分，同时确定对应结构的衬底材料；

2)计算量子阱在应力下的阱深大小；

3)计算z方向电子、空穴的分立能级和波函数；

4)计算x,y方向考虑带混合效应的空穴能带结构(E-k_xy)；

5)根据空穴能带结构(E-k_xy)计算价带状态密度、跃迁动量矩阵元和给定载流子浓度下的费米能级；

6)计算量子阱的线性增益系数g(ω)，并找到峰值增益的波长位置λ_p。

进一步地，步骤203中的设计自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构的步骤具体为：

1)以步骤202中设计量子阱区域得到的峰值增益对应的波长λ_p作为自发参量下转换的泵浦波长，根据该泵浦波长计算波导芯层厚度为(即芯层厚度为量子阱区域厚度，包括阱区和垒区厚度)，n_c为芯层的材料折射率(这里为量子阱结构中垒层的材料折射率)，n_eff为波长为λ_p处的有效折射率；

2)根据波导芯层厚度和材料选择布拉格波导反射层的材料，并设计满足1/4波长布拉格波导的条件k_id_i＝π/2的布拉格反射层厚度d_i，k_i为泵浦光λ_p在第i层的波矢；

3)由步骤2)设计得到的参数在COMSOL软件中建立结构模型，求解不同泵浦波长和自发参量下转换波长处的有效折射率，得到结构模型的色散特性；

其中，COMSOL软件为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。

4)由色散特性和Ⅱ类相位匹配条件，求解该结构模型可以实现自发参量下转换的泵浦光波长(λ_p)和下转换光波长(λ_i，λ_s)，得到相位匹配调谐曲线。

其中，Ⅱ类相位匹配条件为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。

综上所述，本发明通过上述步骤201至205建立了电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，为进一步改进电注入关联光子对源的特性提供了***的理论基础。

实施例3

下面结合具体的参数，对实施例1和2中方案的设计过程进行详细的介绍，详见下文描述：

以量子阱区材料为GaInP/InGaAlP、布拉格反射层材料为AlGaAs为例，根据上述实施方式设计得到电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的结构，如图2所示，从下往上的组成部分依次为：

1)下电极Au；

2)N型GaAs衬底：掺杂类型为N型，掺杂元素为Si，厚度为1.4μm，掺杂浓度为2×10¹⁹cm^-3；

3)N型布拉格反射层：掺杂类型为N型，掺杂元素为Si，N型布拉格反射层由两种材料交替构成，共6组，12层：

Al_0.95Ga_0.05As(下标0.95表示该三元化合物中AlAs的摩尔百分比为95％，下标0.05表示该三元化合物中GaAs的摩尔百分比为5％；以下的三元化合物下标含义类似)，厚度为199.5nm，Al_0.55Ga_0.45As厚度为103.5nm。

从下往上每一层的材料组分和掺杂浓度为：Al_0.95Ga_0.05As(2×10¹⁸cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(1.82×10¹⁸cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(1.65×10¹⁸cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(1.48×10¹⁸cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(1.3×10¹⁸cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(1.13×10¹⁸cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(9.6×10¹⁷cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(7.88×10¹⁷cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(6.16×10¹⁷cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(4.44×10¹⁷cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(2.72×10¹⁷cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(1×10¹⁷cm^-3)；

4)量子阱：从下往上分别为垒区In_0.50Ga_0.36Al_0.14P(厚度为115.7nm)(下标0.50表示该四元化合物中InP的摩尔百分比为50％，下标0.36表示该四元化合物中GaP的摩尔百分比为36％，下标0.14表示该四元化合物中AlP的摩尔百分比为14％；以下的四元化合物下标含义类似)，阱区Ga_0.41In_0.59P(厚度为5nm)，垒区In_0.50Ga_0.36Al_0.14P(厚度为115.7nm)，无掺杂；

5)P型布拉格反射层：掺杂类型为P型，掺杂元素为C，P型布拉格反射层由两种材料交替构成，共6组，12层。

Al_0.55Ga_0.45As厚度为103.5nm，Al_0.95Ga_0.05As，厚度为199.5nm。从下往上每一层的材料组分和掺杂浓度为：Al_0.55Ga_0.45As(1×10¹⁷cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(2.72×10¹⁷cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(4.44×10¹⁷cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(6.16×10¹⁷cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(7.88×10¹⁷cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(9.6×10¹⁷cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(1.13×10¹⁸cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(1.3×10¹⁸cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(1.48×10¹⁸cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(1.65×10¹⁸cm^-3)，Al_0.55Ga_0.45As(1.82×10¹⁸cm^-3)，Al_0.95Ga_0.05As(2×10¹⁸cm^-3)；

6)P型刻蚀阻挡层：掺杂类型为P型，掺杂元素为C，In_0.48Ga_0.42Al_0.10P，厚度为10nm，掺杂浓度为7×10¹⁸cm^-3；

7)P型GaAs保护层：掺杂类型为P型，掺杂元素为C，厚度为230nm，掺杂浓度为2×10¹⁹cm^-3；

8)上电极Au。

其中，量子阱包括阱区(Ga_0.41In_0.59P)和垒区(In_0.50Ga_0.36Al_0.14P)，布拉格反射波导包括：GaAs衬底，N型布拉格反射层，P型布拉格反射层，P型刻蚀阻挡层，P型GaAs保护层。下电极Au和上电极Au用来实现电注入激励产生泵浦激光。

本发明实施例仅以上述的掺杂浓度、厚度、掺杂元素等为例进行说明，具体实现时，对上述的取值不做限制，根据实际应用中的需要进行设定和选取。

实施例4

下面结合具体的参数，对实施例1和2中方案的设计过程进行详细的介绍，详见下文描述：

1)GaInP和InGaAlP有较高的二阶非线性系数，是作为实现自发参量下转换的理想材料，所以选取GaInP、InGaAlP分别作为激光器的阱区和垒区的材料；

2)选取AlGaAs作为布拉格反射层的材料，GaAs为衬底材料；

3)根据对应变量子阱激光器特性的研究可知，压缩应变下产生的TE偏振光(横电偏振)有较大增益，所以选取具有压缩应变的阱区材料组分Ga_0.41In_0.59P(应变量为ε＝-0.65％)，选取没有应变的垒区材料组分In_0.50Ga_0.36Al_0.14P，阱区厚度L_z＝5nm；

4)根据量子阱区域的结构参数计算得到在阱区压缩应变(ε＝-0.65％)下的阱深为：导带电子阱深：ΔE_c＝0.1243eV，价带重空穴阱深：ΔE_hh＝0.0669eV，价带轻空穴阱深：ΔE_lh＝0.1204eV；

5)求解z方向的薛定谔方程，得到z向能级值和波函数，如图3、4、5、6所示，其中得到的导带第一能级：E_c＝1.859eV，重空穴第一能级：E_h1＝-4.6meV，重空穴第二能级：E_h2＝-65.9meV，轻空穴第一能级：E_l1＝-75.9meV；

6)考虑价带间的带混合效应，使用Luttinger哈密顿量求解价带xy方向的薛定谔方程，得到xy方向的空穴能带结构(E-k_xy)，如图7所示；

7)由步骤(6)算得的空穴能带结构(E-k_xy)：计算空穴状态密度：(其中，k_xy为泵浦光xy方向的波矢量，L_z为阱区z方向厚度)，如图8所示；计算导带第一能级(C1)和重空穴第一能级(HH1)间的跃迁动量矩阵元|R_cv|²＝<Ψ_c|-er|Ψ_v>²(Ψ_c、Ψ_v分别为导带和价带的波函数，e为电子电量，r为位置算符)，如图9所示；计算给定注入载流子浓度为8×10¹⁸cm^-3时的费米能级值：导带费米能级E_fc＝1.977eV，价带费米能级E_fv＝-9.1meV；

8)计算量子阱的线性增益系数，如图10所示，并找到峰值增益的波长位置为λ_p＝654nm(注入载流子浓度为8×10¹⁸cm^-3)。

9)以设计量子阱区域得到的峰值增益对应的波长λ_p＝654nm作为自发参量下转换的泵浦波长，根据该波长计算波导芯层厚度为为量子阱区域(包括阱区和垒区)的厚度，进而确定垒区厚度为d＝115.7nm；

10)因为AlGaAs为布拉格反射波导的常见材料，所以本发明实施例选择1/4波长布拉格波导反射层的高低折射率材料为：Al_0.55Ga_0.45As和Al_0.95Ga_0.05As，布拉格反射层每层的厚度为泵浦光模式横向传输常数的1/4，即k_id_i＝π/2，得到两种材料的厚度分别103.5nm和199.5nm；

11)通过COMSOL软件建立上述波导模型，选取脊形波导对光模场进行横向限制，计算泵浦波长为651nm～654nm、下转换波长为1200nm～1400nm内的有效折射率，得到结构的色散特性，如图11所示；

12)自发参量下转换的三个波长满足：1/λ_p＝1/λ_s+1/λ_i和n_p/λ_p＝n_s/λ_s+n_i/λ_i，求解该方程组可以得到能实现自发参量下转换的泵浦光波长(λ_p)和下转换光波长(λ_i，λ_s)，进而得到相位匹配调谐曲线，如图12所示。通过微调结构参数，得到简并泵浦波长为653.1nm，位于量子阱峰值增益波长654nm附近；

13)根据上述分析得到计算激光器注入电流与内部光功率的关系曲线(α_i＝20cm^-1，载流子的注入效率η_i分别为20％、30％、40％)、布拉格波导自发参量下转换过程的功率密度谱、关联光子对产生效率曲线(α_i＝20cm^-1，载流子的注入效率η_i分别为20％、30％、40％)，分别如图13、14、以及图15所示。

本发明实施例仅以上述的载流子的注入效率、简并泵浦波长、材料的厚度等为例进行说明，具体实现时，对上述的取值不做限制，根据实际应用中的需要进行设定和选取。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括以下步骤：

设计量子阱区域结构、自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构，获取由2种结构共同组成的电注入激光器；

根据布拉格反射波导结构计算自发参量下转换过程的相位匹配调谐曲线，微调结构参数使得该简并泵浦波长的位置在量子阱峰值增益波长附近；

由微调后的布拉格反射波导结构计算电注入激光器的注入电流、与内部光功率的关系曲线、布拉格波导自发参量下转换过程的功率密度谱，进而确定关联光子对产生效率。

2.根据权利要求1所述的一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，其特征在于，所述电注入激光器包括：

下电极、N型衬底、N型布拉格波导层、单量子阱层或多量子阱层、P型刻蚀阻挡层、P型布拉格波导层、P型保护层和上电极。

3.根据权利要求1所述的一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，其特征在于，所述设计量子阱区域结构具体为：

选择二阶非线性系数大于某一阈值的材料作为量子阱区域材料，确定阱区厚度、量子阱、以及垒的材料组分，同时确定对应结构的衬底材料；计算量子阱在应力下的阱深大小；

计算z方向电子、空穴的分立能级和波函数；计算x,y方向考虑带混合效应的空穴能带结构；

根据空穴能带结构计算价带状态密度、跃迁动量矩阵元和给定载流子浓度下的费米能级；

计算量子阱的线性增益系数，并找到峰值增益的波长位置。

4.根据权利要求1所述的一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，其特征在于，所述设计自发参量下转换过程的布拉格反射波导结构具体为：

根据波导芯层厚度和材料选择布拉格波导反射层的材料，并设计满足1/4波长布拉格波导的条件的布拉格反射层厚度；

根据布拉格芯层和反射层厚度在COMSOL软件中建立结构模型，求解不同泵浦波长和自发参量下转换波长处的有效折射率，得到结构模型的色散特性；

由色散特性和Ⅱ类相位匹配条件，求解该结构模型可以实现自发参量下转换的泵浦光波长和下转换光波长，得到相位匹配调谐曲线。

5.根据权利要求4所述的一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，其特征在于，所述波导芯层厚度具体为：

以设计量子阱区域得到的峰值增益对应的波长作为自发参量下转换的泵浦波长，根据泵浦波长计算波导芯层厚度。

6.根据权利要求1所述的一种电泵浦布拉格反射波导关联光子对源的仿真方法，其特征在于，所述简并泵浦波长具体为：

自发参量下转换中使得信号光λ_s和闲频光λ_i的波长只有一组解的泵浦光波长。