半導體多量子阱中光學非線性效應的研究.pdf

1、自從外延生長技術(MOCVD和MBD)誕生后,被稱為“人造原子”的半導體量子阱就受到廣大科研工作者的青睞。因為它具有類似于原子氣的能帶結構,可以將原子氣中的相關研究成果引入到半導體量子阱中,另外作為固態(tài)材料的半導體量子阱系統(tǒng)也有其獨特的優(yōu)點如性能比較穩(wěn)定﹑體積小且易于集成,這正是未來光電子器件發(fā)展所需要的。目前基于半導體量子阱中光學非效應的研究也有些報道,主要集中在非對稱量子阱系統(tǒng)中,該系統(tǒng)可以通過軌道遂穿效應形成所需要的能帶結構。在理

2、論和實驗上都取得了一些比較好的結果,如電磁誘導透明﹑無反轉光放大﹑光速減慢﹑光開關等等。但是在對稱型半導體多量子阱中光學非線性效應的研究還是比較少的,本論文主要研究的是周期性半導體多量子阱中激子能級之間的量子相干效應和應用以及布拉格型半導體多量子阱的研究,更具體的說是在半導體多量子阱中對電磁誘導透明﹑超慢光孤子﹑四波混頻﹑光學增益和吸收可調做了理論研究,然后對布拉格型半導體多量子阱做了理論和實驗研究。本論文的主要工作以下幾個方面組成:<

3、br>　　(1)在半導體多量子阱中,利用激子能級形成了Λ﹑Ξ和V三種三能級結構。并用密度矩陣方程組和麥克斯韋方程分析了三個三能級結構中的電磁誘導透明,在相關參數下通過理論計算得到的結果和實驗結論一致。
　　(2)在半導體多量子阱中,研究(1)中形成的三種三能級結構在一束探測弱光和一束控制強光的條件下,超慢亮孤子和暗孤子的形成且亮孤子和暗孤子之間的轉變可以通過相關參數調控。同時還分析了基于激子能級的雙Ξ型四能級結構中光孤子對的形成。

4、在適當的參數條件下我們可以得到超慢光孤子的群速度為~104ms-1。
　　(3)在半導體多量子阱激子形成的雙Ξ型四能級結構中,我們利用兩束強的控制光和一束較弱的探測光形成三光子過程實現(xiàn)了高效四波混頻效應。再用幾率振幅方程組和麥克斯韋方程求出了探測場和產生地四波混頻場的詳細解析表達式。在該系統(tǒng)中,可以通過相關參數調節(jié)四波混頻產生的效率,通過分析我們可以得到最大的四波混頻效率約為50％。
　　(4)在半導體多量子阱中,基于激子能

5、級形成兩種四能級結構即雙Λ四能級系統(tǒng)和雙Ξ型四能級系統(tǒng)。然后通過三光子過程與單光子過程形成的量子相干和干涉效應,討論了系統(tǒng)中兩弱光場的吸收﹑放大和色散特性。并且研究了相關參數對其特性的影響,我們發(fā)現(xiàn)可以利用相對相位對放大和吸收進行周期性調控,從理論上為相位調控光開關開辟了一條新的道路。通過對色散的研究我們發(fā)現(xiàn),通過對相關參數的調節(jié)可以在半導體量子阱系統(tǒng)中實現(xiàn)光學色散補償。
　　(5)在布拉格型半導體多量子阱中,首先我們從理論上給出

6、了近共振條件下光子帶隙的公式,并分析了近共振條件下的能帶結構圖。其次,我們用MOCVD生長了不同周期的InAsP/InP布拉格型半導體多量子阱,并對生長的樣品進行了相關測試,我們發(fā)現(xiàn)可以通過溫度調控布拉格多量子阱的光子帶隙。并提出了一種新型溫度調控光存儲器的機制。
　　總之,本論文的研究不僅有助于對半導體多量子阱系統(tǒng)中量子相干效應在量子光學和量子信息方面應用的認識,而且對在半導體多量子阱中實現(xiàn)光信息的存儲和提取、全光開關、慢光和色