半导体量子点中两粒子系统的线性和非线性光学性质研究

论文摘要

近几十年来,随着纳米技术的发展,对半导体量子阱、量子线和量子点等低维量子结构的理论和实验研究越来越广泛。量子点作为一种新型的半导体材料,电子在其三个维度方向上都受到限制,因而其量子效应比超晶格、量子阱、量子线等更明显。现在人们已经能够利用多种技术制备出多种尺度和多种结构的量子点。经过大量的理论计算和实验研究,人们在量子点结构中发现了许多奇特的物理现象,如库伦阻塞、隧穿现象、量子纠缠与关联等,这些性质可应用于量子器件和量子计算机等的设计方面。大量研究表明可以人工合成的低维半导体材料是非常理想的非线性光学材料之一。本文对外场作用下抛物量子点中两体系统的非线性光学性质进行了理论研究。本论文有五章组成。第一章,绪论。系统地介绍了量子点的基本概念,综述了量子点的基本性质、制备方法、理论研究及其主要应用。介绍本论文理论研究方法及量子点的研究现状。第二章,研究抛物量子点中激子的光吸收系数和光致折射率改变。在有效质量近似下,采用量子力学中的微扰理论推导了该量子点体系的能级及波函数形式。利用密度矩阵方法给出了吸收系数和折射率改变的线性与三阶非线性的表达式。讨论了外加电场、受限频率、入射光强、弛豫时间对非线性光学性质的影响。第三章,研究抛物量子点中双电子的光吸收系数和光致折射率改变。运用量子力学中的微扰理论并考虑全同粒子的对称性推导了该系统的能级和波函数的具体形式。讨论了外加电场、受限频率、入射光强、弛豫时间等对系统非线性光学性质的影响,并与同等条件下激子的非线性光学性质进行了比较。第四章,研究激光场对抛物量子点中杂质态的拉曼散射的影响。利用quasi-analytical近似方法推导了该体系的能级和波函数的形式。讨论了激光场及受限频率对杂质态拉曼散射的影响。第五章,总结全文得到的主要理论,指出不足并作出展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 量子点的基本知识
• 1.2.1 量子点的基本性质
• 1.2.2 量子点的制备
• 1.2.3 量子点的应用
• 1.3 量子点中电子结构的理论研究
• 1.4 研究内容
• 第二章 圆盘量子点中激子的三阶非线性光吸收和折射率改变性质
• 2.1 引言
• 2.2 理论推导
• 2.3 计算结果与分析
• 2.4 本章小节
• 第三章 圆盘量子点中两个电子的三阶非线性光吸收和折射率改变性质
• 3.1 引言
• 3.2 理论推导
• 3.3 计算结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 激光作用下圆盘量子点中杂质态的拉曼散射性质
• 4.1 引言
• 4.2 理论推导
• 4.3 计算结果与分析
• 4.4 本章小节
• 第五章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢