半導(dǎo)體量子點(diǎn)電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的非線性光學(xué)性質(zhì).pdf

1、近年來(lái)，基于量子相干的電磁感應(yīng)透明(EIT)效應(yīng)既能得到顯著非線性光學(xué)效應(yīng)，又能消除由于介質(zhì)共振所引起的吸收，從而解決了介質(zhì)強(qiáng)非線性響應(yīng)和弱吸收損耗之間不能調(diào)和的矛盾，因而成為了非線性光學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。目前對(duì)于EIT介質(zhì)的研究主要集中在超冷原子體系，但因其存在低溫、稀薄等缺陷，而難以在器件微型化的大規(guī)模設(shè)計(jì)中得以應(yīng)用。所幸的是，半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有類似超冷原子的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，較大的電偶極矩，較長(zhǎng)的退相干時(shí)間，同時(shí)其相干演化可控，易

2、于集成等優(yōu)勢(shì)，從而可以產(chǎn)生EIT效應(yīng)且成為新的理想信息載體介質(zhì)之一。當(dāng)前對(duì)于半導(dǎo)體量子點(diǎn)EIT介質(zhì)中非線性光學(xué)性質(zhì)的研究還處于初步探索階段，基于此，本文對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)EIT介質(zhì)中的時(shí)間矢量光孤子和非線性法拉第偏轉(zhuǎn)等非線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了理論研究。全文總共分為四章，其主要結(jié)構(gòu)如下：
　　第一章，首先對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的概念，分類及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要地闡述；隨后，簡(jiǎn)單介紹了本論文所用的基本理論與研究方法，最后就本文的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了

3、簡(jiǎn)要概括。
　　第二章，解析研究了單量子點(diǎn)電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的時(shí)間矢量光孤子特性。本章首先構(gòu)建一個(gè)由一束弱線性偏振探測(cè)光場(chǎng)在與其平行的磁場(chǎng)作用下形成的兩正交偏振分量，再聯(lián)合兩束強(qiáng)耦合控制光場(chǎng)與半導(dǎo)體單量子點(diǎn)相互作用所形成的四能級(jí)半導(dǎo)體量子點(diǎn)電磁感應(yīng)透明介質(zhì)模型，隨后利用多重尺度法，解析地研究了該半導(dǎo)體量子點(diǎn)電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的兩耦合時(shí)間矢量光孤子的穩(wěn)定性及其碰撞特性。因系統(tǒng)的色散效應(yīng)與非線性效應(yīng)相平衡，所以體系中探測(cè)光場(chǎng)的兩個(gè)正交

4、偏振分量所演化成的兩耦合時(shí)間矢量光孤子能產(chǎn)生并以超慢群速度穩(wěn)定地在該半導(dǎo)體單量子點(diǎn)EIT介質(zhì)中傳播。既然兩耦合的時(shí)間矢量光孤子能在體系中穩(wěn)定傳播，進(jìn)而探討他們的碰撞特性。通過(guò)數(shù)值模擬兩耦合時(shí)間矢量光孤子間的碰撞行為，發(fā)現(xiàn)該體系的時(shí)間矢量光孤子碰撞特性與其初始相位差有關(guān)。當(dāng)孤子分量間初始相位差為π/2時(shí)，兩孤子則會(huì)在融合之后再彼此分離且出現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移；而當(dāng)兩孤子分量為同相或反相時(shí)，孤子間會(huì)呈現(xiàn)出近彈性碰撞且無(wú)能量轉(zhuǎn)移。這種無(wú)能量轉(zhuǎn)移的兩孤子

5、碰撞行為有利于光孤子通訊的信號(hào)傳播。
　　由于半導(dǎo)體單量子點(diǎn)可通過(guò)點(diǎn)間隧穿耦合方式形成量子點(diǎn)分子，因而在量子點(diǎn)分子系統(tǒng)中，由于點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度的存在必將對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)電磁誘導(dǎo)透明介質(zhì)中的非線性光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響?；诖?，在第三章中，我們理論研究了半導(dǎo)體三量子點(diǎn)系統(tǒng)中的法拉第偏轉(zhuǎn)。首先利用一束弱線性偏振探測(cè)光場(chǎng)在與其平行的磁場(chǎng)作用下所形成的兩正交偏振分量，然后通過(guò)調(diào)控點(diǎn)間隧穿耦合，研究了五能級(jí)M型半導(dǎo)體三量子點(diǎn)分子系統(tǒng)中的法拉第偏轉(zhuǎn)。

6、結(jié)果表明，在線性情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)夭倏攸c(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度，可有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)中隧穿誘導(dǎo)透明窗口的寬度并實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的反常色散與正常色散的“開(kāi)關(guān)”效應(yīng)的調(diào)節(jié)。在非線性情況下，由于點(diǎn)間隧穿耦合所誘導(dǎo)的量子干涉效應(yīng)對(duì)弱線性偏振探測(cè)光場(chǎng)所導(dǎo)致的低吸收，在該半導(dǎo)體量子點(diǎn)分子系統(tǒng)中可獲得較大的非線性法拉第偏轉(zhuǎn)角，而且在相同的外加磁場(chǎng)下探測(cè)光的非線性法拉第偏轉(zhuǎn)方向與線性法拉第偏轉(zhuǎn)相反而且偏轉(zhuǎn)角更大。這說(shuō)明系統(tǒng)的非線性效應(yīng)能更為有效地調(diào)制探測(cè)光的法拉第偏轉(zhuǎn)。<