半導體量子阱中量子相干效應(yīng)及其應(yīng)用的理論研究.pdf

1、由于量子相干和干涉效應(yīng)能夠使介質(zhì)的光學特性發(fā)生顯著的改變，過去幾十年里，基于量子相干的諸多有趣的光學現(xiàn)象引起了人們廣泛的研究興趣，如電磁誘導透明、無反轉(zhuǎn)激光、相干布居捕獲、高階非線性增強、光群速減慢、無吸收折射率增強等。此外，人們還利用量子相干效應(yīng)對單個原子和光子的量子狀態(tài)進行有效地操縱和控制，以實現(xiàn)更加靈活和快速的信息處理。上述基于量子相干效應(yīng)的現(xiàn)象多是首先在原子氣體中預見并觀測到的，但是對于其潛在應(yīng)用而言，全固態(tài)系統(tǒng)方案顯然更具價值

2、，也更值得追求和探索。本文主要研究半導體量子阱固態(tài)介質(zhì)中的量子相干效應(yīng)及其應(yīng)用，更具體地說是對超慢光孤子、高效四波混頻、光學增益吸收性質(zhì)、偏振量子相位門以及雙模連續(xù)變量糾纏的實現(xiàn)做了理論研究。主要工作包括以下幾個方面：
　　 1、在一個非對稱耦合雙量子阱四能級系統(tǒng)中，利用一個低強度脈沖激光輻射分析了超慢亮暗光孤子的形成。在適當?shù)膮?shù)條件下數(shù)值給出了光孤子可以以超慢群速Vg=c ~ 10-5傳輸。
　　 2、在一個非對稱三

3、量子阱形成的巨梯位型中基于帶內(nèi)躍遷實現(xiàn)了高效四波混頻過程。利用耦合的薛定諤-麥克斯韋方程求出了入射探測場和產(chǎn)生的四波混頻場顯式的解析表達式，并具體討論了四波混頻效率隨幾個參數(shù)的改變。在該系統(tǒng)中，產(chǎn)生的中紅外四波混頻信號場的效率有了很大增強，得到的最大效率超過了50％。
　　 3、在一個非對稱三量子阱形成的巨梯位型系統(tǒng)中，基于帶內(nèi)躍遷研究了與相位相關(guān)的兩個弱場（中紅外和遠紅外）的增益和吸收性質(zhì)。在該系統(tǒng)中，場的增益吸收譜線強烈依賴

4、于應(yīng)用激光場的相對相位，并且可以利用實驗的參數(shù)得到兩個場的放大。還具體討論了探測場失諧量以及泵浦場的拉比能量對兩個光場增益吸收反應(yīng)的影響。
　　 接著，利用同樣的方法，在一個非對稱耦合雙量子阱結(jié)構(gòu)雙¤位型中考慮Fano 干涉效應(yīng)研究了探測場和信號場的吸收放大反應(yīng)。分別討論了泵浦場的拉比能量、Fano 干涉強度、相對相位以及探測場失諧量對吸收譜線的影響。結(jié)果表明，兩個場的放大可以通過改變這些參量來實現(xiàn)。
　　 4、利用電子

5、波函數(shù)的概率幅方程分析了兩個耦合量子阱四能級系統(tǒng)中的非線性光學反應(yīng)并得到兩弱場極化率的解析表達式，基于系統(tǒng)產(chǎn)生的較大交叉Kerr 非線性實現(xiàn)了兩量子比特的偏振量子相位門，其中，二進位量子信息是通過探測場和信號場的偏振自由度來標示的。
　　 5、利用囚禁在雙模共振腔中的非對稱耦合雙量子阱結(jié)構(gòu)中的Fano 干涉效應(yīng)研究了兩腔模間糾纏的產(chǎn)生和演化，這與先前在原子介質(zhì)中通過外部強驅(qū)動場來研究糾纏有所不同。結(jié)果顯示，F(xiàn)ano 干涉強度可以