非對稱耦合量子阱結構光學性質及其應用的理論研究.pdf

1、最近，當光共振激發(fā)非對稱耦合量子阱發(fā)生耦合產(chǎn)生量子相干效應引起了人們高度關注。尤其，利用非對稱量子阱結構研制成亞毫米波發(fā)射器、光開關和高效探測器等引起了科學家和材料專家的廣泛興趣。本文，主要對用于光通信系統(tǒng)中非對稱耦合量子阱結構的線性及其非線性光學性質及其應用進行了較深入的理論研究，如亞毫米波發(fā)射器及接收器、光調(diào)制器、光控光開關和波長轉換器等，其內(nèi)容有如下幾個方面。 （1）對非對稱耦合量子阱進行了亞毫米波輻射研究。經(jīng)對由載流子?

2、載流子散射、載流子?縱波光學聲子散射的弛豫項的引入，從理論上解釋了亞毫米波的產(chǎn)生、衰減和湮滅導致近紅外光發(fā)射整個過程，并證明了在非對稱耦合量子阱中電子波包振蕩等同于一經(jīng)典阻尼電磁振蕩，它的振蕩壽命主要由載流子?縱波光學聲子散射時間和電子穿過勢壘的渡越時間所決定，輻射的頻域特性服從洛侖茲分布。經(jīng)分析，非對稱耦合量子阱結構既可用作為亞毫米波發(fā)射器，又可作為亞毫米波接收器。此外，對非對稱耦合量子帶間激子復合發(fā)光子也作了較深入的討論。

3、（2）基于TM 光共振提出了由電子、輕空穴相干隧道所構成的雙耦合能級模型。 進而，運用密度矩陣方程研究了非對稱量子阱中非定域激子復合發(fā)光特性。結果表明： 非定域激子復合發(fā)光具有雙峰特征，兩峰位置相對于中心躍遷頻率的紅移和藍移量與電子和空穴的振蕩頻率密切相關。與單量子阱相比，這種頻率移動對外加電場相當敏感，其中，一峰相對于中心頻率紅移，另一峰藍移，表現(xiàn)為強量子限域斯塔克效應。 證明了非對稱耦合量子阱所具有的光子能量

4、上轉換特性。進而指出了非對稱耦合量子阱結構在夜視和光通信系統(tǒng)中的可能應用。 （3）根據(jù)在電子共振隧穿和重共振空穴隧穿，提出了另一種非定域三能級模型。 對這種模型，重空穴既可處于左阱又可處于右阱，并考慮到大的有效質量僅能導致價帶中兩阱能級弱的耦合，以致其耦合能級小以致不可分辨可看成同一非定域能級?；谶@一模型對非對稱耦合量子阱的線性吸收特性研究發(fā)現(xiàn)：理論結果與實驗相一致，并且小吸收導致折射率大幅度變化，表現(xiàn)為與單量子阱顯著

5、不同的光學特性；光脈沖在非對稱耦合量子阱中傳播不僅具有群延遲效應，即群速度遠小于光脈沖在真空中傳播的群速度，而且光脈沖既可沿正向傳播也可沿相反方向傳播。進而，利用這些光學性質設計了兩不同波長輸出超高速調(diào)制器、光延時器和光解復用器。 （4）基于與實驗符合較好的非定域三能級模型 運用微擾理論推導了非對稱耦合量子阱吸收與克爾效應和飽和吸取相關的三階光學非線性系數(shù)。經(jīng)對光吸收非線性效率（三階電極化率與線性吸收系數(shù)的比率，即光吸收

6、轉化成非線性效應的效率）研究表明：電子相干振蕩導致吸收非線性增強，即在非對稱耦合量子阱中產(chǎn)生光學非線性僅需非常小的功率密度閾值，一般比單量子阱要低三個數(shù)量級。所產(chǎn)生的非線性效應也不同，對單量子阱，其主要非線性效應是吸收譜壓縮和光譜燒孔效應。而對非對稱耦合量子阱，其非線性效應發(fā)生明顯變化。由于縱波光學聲子輔助，光功率導致低能吸收峰增強，高能吸收峰強度壓縮。據(jù)此，提出了兩種不同的光控光開關方案。 （5）對非簡并四波混合的三階非線性系