半導(dǎo)體多量子阱中光學(xué)非線性效應(yīng)的研究.pdf

1、自從外延生長技術(shù)(MOCVD和MBD)誕生后,被稱為“人造原子”的半導(dǎo)體量子阱就受到廣大科研工作者的青睞。因?yàn)樗哂蓄愃朴谠託獾哪軒ЫY(jié)構(gòu),可以將原子氣中的相關(guān)研究成果引入到半導(dǎo)體量子阱中,另外作為固態(tài)材料的半導(dǎo)體量子阱系統(tǒng)也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)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(dǎo)體量子阱中光學(xué)非效應(yīng)的研究也有些報(bào)道,主要集中在非對(duì)稱量子阱系統(tǒng)中,該系統(tǒng)可以通過軌道遂穿效應(yīng)形成所需要的能帶結(jié)構(gòu)。在理

2、論和實(shí)驗(yàn)上都取得了一些比較好的結(jié)果,如電磁誘導(dǎo)透明﹑無反轉(zhuǎn)光放大﹑光速減慢﹑光開關(guān)等等。但是在對(duì)稱型半導(dǎo)體多量子阱中光學(xué)非線性效應(yīng)的研究還是比較少的,本論文主要研究的是周期性半導(dǎo)體多量子阱中激子能級(jí)之間的量子相干效應(yīng)和應(yīng)用以及布拉格型半導(dǎo)體多量子阱的研究,更具體的說是在半導(dǎo)體多量子阱中對(duì)電磁誘導(dǎo)透明﹑超慢光孤子﹑四波混頻﹑光學(xué)增益和吸收可調(diào)做了理論研究,然后對(duì)布拉格型半導(dǎo)體多量子阱做了理論和實(shí)驗(yàn)研究。本論文的主要工作以下幾個(gè)方面組成:<

3、br>　　(1)在半導(dǎo)體多量子阱中,利用激子能級(jí)形成了Λ﹑Ξ和V三種三能級(jí)結(jié)構(gòu)。并用密度矩陣方程組和麥克斯韋方程分析了三個(gè)三能級(jí)結(jié)構(gòu)中的電磁誘導(dǎo)透明,在相關(guān)參數(shù)下通過理論計(jì)算得到的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。
　　(2)在半導(dǎo)體多量子阱中,研究(1)中形成的三種三能級(jí)結(jié)構(gòu)在一束探測弱光和一束控制強(qiáng)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(zhuǎn)變可以通過相關(guān)參數(shù)調(diào)控。同時(shí)還分析了基于激子能級(jí)的雙Ξ型四能級(jí)結(jié)構(gòu)中光孤子對(duì)的形成。

4、在適當(dāng)?shù)膮?shù)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(dǎo)體多量子阱激子形成的雙Ξ型四能級(jí)結(jié)構(gòu)中,我們利用兩束強(qiáng)的控制光和一束較弱的探測光形成三光子過程實(shí)現(xiàn)了高效四波混頻效應(yīng)。再用幾率振幅方程組和麥克斯韋方程求出了探測場和產(chǎn)生地四波混頻場的詳細(xì)解析表達(dá)式。在該系統(tǒng)中,可以通過相關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)四波混頻產(chǎn)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(dǎo)體多量子阱中,基于激子能

5、級(jí)形成兩種四能級(jí)結(jié)構(gòu)即雙Λ四能級(jí)系統(tǒng)和雙Ξ型四能級(jí)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(yīng),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(guān)參數(shù)對(duì)其特性的影響,我們發(fā)現(xiàn)可以利用相對(duì)相位對(duì)放大和吸收進(jìn)行周期性調(diào)控,從理論上為相位調(diào)控光開關(guān)開辟了一條新的道路。通過對(duì)色散的研究我們發(fā)現(xiàn),通過對(duì)相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以在半導(dǎo)體量子阱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)色散補(bǔ)償。
　　(5)在布拉格型半導(dǎo)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(jié)構(gòu)圖。其次,我們用MOCVD生長了不同周期的InAsP/InP布拉格型半導(dǎo)體多量子阱,并對(duì)生長的樣品進(jìn)行了相關(guān)測試,我們發(fā)現(xiàn)可以通過溫度調(diào)控布拉格多量子阱的光子帶隙。并提出了一種新型溫度調(diào)控光存儲(chǔ)器的機(jī)制。
　　總之,本論文的研究不僅有助于對(duì)半導(dǎo)體多量子阱系統(tǒng)中量子相干效應(yīng)在量子光學(xué)和量子信息方面應(yīng)用的認(rèn)識(shí),而且對(duì)在半導(dǎo)體多量子阱中實(shí)現(xiàn)光信息的存儲(chǔ)和提取、全光開關(guān)、慢光和色