半導體量子點電磁感應透明介質(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與光束的空間衍射效應相平衡使光束在空間上產(chǎn)生局域現(xiàn)象。對于傳統(tǒng)的被動介質(zhì)，如光纖，若獲得強的非線性效應則所需要光強較強。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，電磁感應透明（EIT）能通過弱光激發(fā)產(chǎn)生極強的非線性效應，為空間光孤子的形成又提供了一個理想場所。EIT是指光與介質(zhì)相互作用時，通過激光誘導在介質(zhì)體系的不同能級之間的躍遷產(chǎn)生相消干涉，從而抑制介質(zhì)對光脈沖的吸收，使介質(zhì)體

2、系對探測光脈沖實現(xiàn)透明效應。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際應用。于是人們渴望尋找一種能級類似于超冷原子，但又能彌補超冷原子應用方面不足的新介質(zhì)。被人們稱為“人工原子”的半導體量子點成為候選介質(zhì)之一。這是由于半導體量子點不僅具有類似原子的分立能級、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。尤其是其成熟的

3、半導體工藝和分子束外延技術(shù)的發(fā)展，極大地促進了其在半導體器件中的發(fā)展。因而，對半導體量子點EIT介質(zhì)中的空間光孤子的研究，不僅能為半導體材料中的量子相干性質(zhì)的理論進行完善而且還能為半導體光學器件的制備提供一定的參考價值。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，著重敘述由于體系產(chǎn)生EIT效應所引起 Kerr非線性效應增強，從而形成空間光孤子；隨后對半導體量子點系統(tǒng)中的類原子特性和目前的主要研究

4、進展進行了闡述；最后，就本文研究的主要方法和主要結(jié)果進行了簡要概括。
　　真實的半導體單量子點系統(tǒng)存在激子-雙激子態(tài)相干效應，因此第二章研究了環(huán)形四能級半導體單量子點系統(tǒng)中考慮激子-雙激子相干效應對體系中探測光和信號光的線性和非線性特性的影響。結(jié)果表明，在線性條件下，單量子點中出現(xiàn)電磁感應透明現(xiàn)象；進一步分析發(fā)現(xiàn)，電磁感應透明所呈現(xiàn)的是單窗口或雙窗口或光學增益均可通過調(diào)節(jié)控制光強加以控制。在非線性條件下，弱信號光誘導弱探測光產(chǎn)生兩

5、個分量，這兩個分量在系統(tǒng)中所激發(fā)的自克爾和交叉克爾非線性效應與系統(tǒng)的衍射效應相平衡從而形成穩(wěn)定的亮-亮，亮-暗，暗-暗等空間光孤子對。
　　由于半導體單量子點可以通過點間隧穿等方式進行耦合，形成量子點分子，因而在量子點分子系統(tǒng)中，由于點間隧穿耦合強度的存在必將出現(xiàn)新的物理性質(zhì)?；诖?，第三章研究了半導體量子點分子系統(tǒng)中點間隧穿耦合強度對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，當點間隧穿耦合強度較弱時,體系

6、的吸收特性呈現(xiàn)出隧穿誘導透明現(xiàn)象，然而當點間隧穿耦合強度較強時，體系中的隧穿誘導透明效應將被Autler-Townes splitting效應所取代。研究體系的非線性情況，我們發(fā)現(xiàn)在半導體量子點分子系統(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間隧穿耦合強度和失諧量的大小。且獲得體系暗、亮空間光孤子之間的轉(zhuǎn)變條件。通過計算點間隧穿耦合強度對孤子幅度的影響發(fā)現(xiàn)，隨著點間隧穿耦合強度的增加，空