半導(dǎo)體量子點(diǎn)電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的空間光孤子性質(zhì).pdf

1、空間光孤子是由于介質(zhì)體系中的非線性效應(yīng)與光束的空間衍射效應(yīng)相平衡使光束在空間上產(chǎn)生局域現(xiàn)象。對(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)介質(zhì)，如光纖，若獲得強(qiáng)的非線性效應(yīng)則所需要光強(qiáng)較強(qiáng)。從而在弱光激發(fā)下，空間光孤子是難以在傳統(tǒng)介質(zhì)中產(chǎn)生。所幸的是，電磁感應(yīng)透明（EIT）能通過(guò)弱光激發(fā)產(chǎn)生極強(qiáng)的非線性效應(yīng)，為空間光孤子的形成又提供了一個(gè)理想場(chǎng)所。EIT是指光與介質(zhì)相互作用時(shí)，通過(guò)激光誘導(dǎo)在介質(zhì)體系的不同能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生相消干涉，從而抑制介質(zhì)對(duì)光脈沖的吸收，使介質(zhì)體

2、系對(duì)探測(cè)光脈沖實(shí)現(xiàn)透明效應(yīng)。目前關(guān)于EIT及空間光孤子的研究主要集中在超冷原子EIT介質(zhì)體系。但超冷原子EIT介質(zhì)由于存在低溫、稀薄、難以精確控制、不易于集成等諸多局限則難以付之實(shí)際應(yīng)用。于是人們渴望尋找一種能級(jí)類似于超冷原子，但又能彌補(bǔ)超冷原子應(yīng)用方面不足的新介質(zhì)。被人們稱為“人工原子”的半導(dǎo)體量子點(diǎn)成為候選介質(zhì)之一。這是由于半導(dǎo)體量子點(diǎn)不僅具有類似原子的分立能級(jí)、可控的相干演化等特性，還具有電偶極矩大、易于集成等優(yōu)勢(shì)。尤其是其成熟的

3、半導(dǎo)體工藝和分子束外延技術(shù)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了其在半導(dǎo)體器件中的發(fā)展。因而，對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)EIT介質(zhì)中的空間光孤子的研究，不僅能為半導(dǎo)體材料中的量子相干性質(zhì)的理論進(jìn)行完善而且還能為半導(dǎo)體光學(xué)器件的制備提供一定的參考價(jià)值。全文總共分為四章，其主要結(jié)構(gòu)如下：
　　第一章，首先介紹了EIT現(xiàn)象的基本知識(shí)，著重?cái)⑹鲇捎隗w系產(chǎn)生EIT效應(yīng)所引起 Kerr非線性效應(yīng)增強(qiáng)，從而形成空間光孤子；隨后對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)系統(tǒng)中的類原子特性和目前的主要研究

4、進(jìn)展進(jìn)行了闡述；最后，就本文研究的主要方法和主要結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)要概括。
　　真實(shí)的半導(dǎo)體單量子點(diǎn)系統(tǒng)存在激子-雙激子態(tài)相干效應(yīng)，因此第二章研究了環(huán)形四能級(jí)半導(dǎo)體單量子點(diǎn)系統(tǒng)中考慮激子-雙激子相干效應(yīng)對(duì)體系中探測(cè)光和信號(hào)光的線性和非線性特性的影響。結(jié)果表明，在線性條件下，單量子點(diǎn)中出現(xiàn)電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，電磁感應(yīng)透明所呈現(xiàn)的是單窗口或雙窗口或光學(xué)增益均可通過(guò)調(diào)節(jié)控制光強(qiáng)加以控制。在非線性條件下，弱信號(hào)光誘導(dǎo)弱探測(cè)光產(chǎn)生兩

5、個(gè)分量，這兩個(gè)分量在系統(tǒng)中所激發(fā)的自克爾和交叉克爾非線性效應(yīng)與系統(tǒng)的衍射效應(yīng)相平衡從而形成穩(wěn)定的亮-亮，亮-暗，暗-暗等空間光孤子對(duì)。
　　由于半導(dǎo)體單量子點(diǎn)可以通過(guò)點(diǎn)間隧穿等方式進(jìn)行耦合，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)度的存在必將出現(xiàn)新的物理性質(zhì)。基于此，第三章研究了半導(dǎo)體量子點(diǎn)分子系統(tǒng)中點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度對(duì)體系中線性吸收特性和空間光孤子性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在線性情況下，當(dāng)點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度較弱時(shí),體系

6、的吸收特性呈現(xiàn)出隧穿誘導(dǎo)透明現(xiàn)象，然而當(dāng)點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，體系中的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)將被Autler-Townes splitting效應(yīng)所取代。研究體系的非線性情況，我們發(fā)現(xiàn)在半導(dǎo)體量子點(diǎn)分子系統(tǒng)中空間光孤子能夠在弱光激發(fā)下形成。所形成的空間光孤子是亮空間光孤子還是暗空間光孤子取決于點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度和失諧量的大小。且獲得體系暗、亮空間光孤子之間的轉(zhuǎn)變條件。通過(guò)計(jì)算點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度對(duì)孤子幅度的影響發(fā)現(xiàn)，隨著點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度的增加，空