量子阱、量子点中非线性光学特性的研究

论文摘要

“强光光学”或通常所称的“非线性光学”作为一门新兴学科，它着重研究激光技术出现后，人们通过强相干光与物质之间的相互作用而陆续发现的一系列前所未知的各种光学现象和效应，包括对它们的实验表现、物理解释、理论描述以及技术应用。当今世界科学技术的发展日新月异。科技创新能力已成为一个国家，尤其是一个大国经济和社会发展的核心竞争力。在众多纷繁的科技领域中，光电子学与光子学的发展直接影响到其他诸学科领域的发展及其可能取得的成就。不但物理学、化学、生命科学、天文学等基础科学的发展离不开光学与光子学，对现代人类社会和人类生活影响甚大的一些技术科学如照明、通信、洁净能源、遥感、显示、环境监测国防和空间开发、医疗与诊断、先进制造等都需要光学与光子学的知识。光学和光子学是渗透到各个学科领域内的前沿科学，它涉及到几乎所有技术前沿的核心技术。从而使得非线性光学在许多高技术领域也得到广泛应用，例如激光技术、光学相干变频、超短光脉冲技术、超高分变光谱术、高速率长距离光纤通信、光信息处理与存储技术、光通讯和光电子技术，等等。本论文基于密度矩阵理论和迭代的方法，从基本原理出发，详细的研究了以以GaAs/AlGaAs为材料的非线性光学特性。讨论了量子点和量子阱结构参量对相应非线性光学参量的影响，本论文共分为如下五章。第一章，绪论。第一部分简单介绍非线性光学的发展的历程和研究背景。第二部分主要介绍研究的主要内容。第三部分主要介绍本论文的理论研究方法。第二章，研究了在外加电场情况下，极化子对柱形量子点中三次谐波产生的影响。首先在有效质量近似情况下，用量子力学原理推导了该量子点体系的能级及波函数形式。用了密度矩阵方法推导出了三次谐波产生系数的表达式。计算结果表明：电声相互作用对三次谐波产生系数的影响是只考虑电子的大约三倍多，并且我们发现系统的三次谐波系数还跟抛物势的频率、外加电场、量子点半径、弛豫时间有关。第三章，研究了极化子效应对立方量子阱系统光吸收系数和光折射的改变。利用薛定谔方程解出系统相应的波函数和能级，并运用微扰论的方法把电子-声子相互作用的哈密顿量作为微扰项，考虑了极化子效应对波函数和能级的修正。得到结果是，极化子效应增强了系统的光吸收系数和光折射率。第四章，极化子效应对柱形量子点中光折射的改变，在有效质量近似下，计算采用了微扰论和密度矩阵法，计算结果表明在极化子效应作用下线性、三阶非线性、总的光折射系数都会明显增大。所以可得到如下的结论：对量子点中非线性光学的研究，电子与声子相互作用的影响是不可忽略的。此外，我们还发现总折射率改变随着入射光强度的减小而增大；增加弛豫时间和外加电场时同样能得到较大的总折射率改变。第五章，总结了本论文所研究的主要内容，概括了研究所得到的重要结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究的内容
• 1.3 研究使用的方法
• 第二章 极化子效应对柱形量子点三次谐波的影响
• 2.1 引言
• 2.2 理论推导
• 2.3 结果和讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 极化子效应对方形量子阱中光吸收和折射率改变的影响
• 3.1 引言
• 3.2 方形量子阱中的波函数推导
• 3.3 理论推导
• 3.4 结果和讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 极化子效应对柱形量子点光折射率改变的影响
• 4.1 引言
• 4.2 理论推导
• 4.3 结果和讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢