半導(dǎo)體量子點(diǎn)中的非線性光整流效應(yīng).pdf

1、非線性光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域十分重要的一個(gè)分支，它是自激光出現(xiàn)以后而發(fā)展起來(lái)的一門重要學(xué)科，隨著研究的日趨成熟，非線性光學(xué)在光纖通信、光計(jì)算、光譜技術(shù)、激光技術(shù)以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也促進(jìn)了其他科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展.
　　由于理想的非線性光學(xué)材料要求其具有較快的響應(yīng)速度、較大的非線性極化率以及較小的閾值功率，而大量的科學(xué)研究證明，人工合成的低維半導(dǎo)體材料正符合上述要求.在低維半導(dǎo)體材料中，由于量子局域效應(yīng)的存在，使得

2、其非線性光學(xué)效應(yīng)更加明顯.因此，研究低維半導(dǎo)體材料中的非線性光學(xué)性質(zhì)具有十分重要的意義.
　　本文針對(duì)Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅵ族低維半導(dǎo)體材料在非線性光學(xué)性質(zhì)方面所體現(xiàn)出的特性，首先在有效質(zhì)量近似下利用變分法研究了外電場(chǎng)下閃鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/AlxGa1-xN橢球形量子點(diǎn)中的非線性光整流效應(yīng).其次，我們研究了外電場(chǎng)下球形量子點(diǎn)中極化子對(duì)非線性光整流效應(yīng)的影響，考慮了局域光學(xué)聲子和界面光學(xué)聲子分別與電子和雜質(zhì)的相互作用，最后，研究了外電場(chǎng)下球

3、形量子點(diǎn)中激子的非線性光整流效應(yīng).
　　數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，由于量子局域效應(yīng)的存在，在橢球形量子點(diǎn)中可以獲得很明顯的光整流效應(yīng).橢球形狀、量子點(diǎn)尺寸、外加電場(chǎng)、Al組分等對(duì)光整流效應(yīng)有著十分重要的作用.橢球常數(shù)的增加會(huì)使光整流系數(shù)峰值減小且峰值位置向光子能量小的方向移動(dòng)，即相對(duì)于扁平形橢球量子點(diǎn)，扁長(zhǎng)形橢球量子點(diǎn)使光整流系數(shù)峰值減小并向光子能量小的方向移動(dòng).另外，外電場(chǎng)強(qiáng)度和量子點(diǎn)尺寸的增加使光整流系數(shù)峰值增加并向光子能量小的方向移

4、動(dòng).相對(duì)于扁平形橢球量子點(diǎn)，電場(chǎng)對(duì)扁長(zhǎng)橢球量子點(diǎn)中的光整流效應(yīng)作用更加明顯.此外，我們還發(fā)現(xiàn)隨著Al組分的增加，光整流系數(shù)峰值單調(diào)遞減，而峰值位置向光子能量大的方向移動(dòng).
　　其次，考慮了局域光學(xué)聲子和界面光學(xué)聲子分別與電子和雜質(zhì)的相互作用，通過(guò)對(duì)外電場(chǎng)下Zn1-xCdxSe/ZnSe球形量子點(diǎn)中極化子對(duì)非線性光整流效應(yīng)的影響研究發(fā)現(xiàn)，極化子對(duì)光整流效應(yīng)有著十分明顯的影響.計(jì)算結(jié)果表明，在考慮極化子效應(yīng)后，光整流系數(shù)峰值明顯高于未

5、考慮極化子效應(yīng)的情形，且光整流系數(shù)峰值產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，尤其當(dāng)量子點(diǎn)尺寸或Cd組分較小時(shí)，產(chǎn)生的紅移更為明顯.另外，無(wú)論是否考慮極化子效應(yīng)，量子點(diǎn)尺寸以及電場(chǎng)強(qiáng)度的增加會(huì)使光整流系數(shù)峰值增加并向光子能量小的方向移動(dòng).隨著Cd組分的增加，光整流系數(shù)峰值減小并向光子能量大的方向移動(dòng).此外，考慮極化子效應(yīng)與未考慮極化子效應(yīng)兩種情形下的光整流系數(shù)峰值差隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加，而隨Cd組分的增加而減小，另一方面，不同的光學(xué)聲子模式對(duì)光整流效應(yīng)影響不

6、同，相比于局域聲子，界面聲子對(duì)光整流效應(yīng)產(chǎn)生的影響更為明顯，
　　最后，通過(guò)對(duì)外電場(chǎng)下GaAs/AlxGa1-xAs球形量子點(diǎn)中激子非線性光整流效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)在考慮激子效應(yīng)后，光整流系數(shù)峰值明顯高于單電子態(tài)情形，而峰值位置沒(méi)有發(fā)生改變.考慮庫(kù)侖作用使激子光整流系數(shù)峰值增加并向光子能量高的方向移動(dòng).另外，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，光整流系數(shù)峰值先增加后減小，且峰值位置向光子能量低的方向移動(dòng).隨著量子點(diǎn)尺寸的增加，光整流系數(shù)峰值增加并向光