非对称耦合量子阱、柱形量子点量子阱中非线性光学性质研究

论文摘要

非线性光学是激光出现后发展起来的一门介于基础与应用之间的崭新的学科。随着理论和实验研究的深入,很多科学领域都获得了广泛的开发与应用。经过长期的理论和实验研究,在对各种非线性光学现象的本质基本上搞清楚了以后,人们就逐步转向寻找和合成具有特定功能的非线性光学材料的研究。而理想的非线性光学材料要求具有较大的非线性光学极化率、较小的阈值功率以及非常快的响应速度。大量研究均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。而随着体系尺寸和维度的减小,其非线性光学特性将更加明显,应用范围更加广泛,同时由于晶体生长技术的日益完善,人们可以根据需要制出不同尺度的低维量了束缚体系,以满足实验和应用设备上的需要。因此低维半导体材料（量子阱、量子线、量子点）中的非线性光学效应的研究成为非线性光学领域中的一项重要内容。论文的的第一章对非线性光学的研究背景、基本概念及研究方法作了简单的介绍,并对近年来人们在低维半导体系统中非线性光学的研究所取得的成果进行了综述。论文的第二章研究了非对称的耦合量子阱的光整流的特征。首先在有效质量近似下,通过求解系统相应的薛定谔方程得到了电子波函数和能级表达式。然后运用密度矩阵理论及迭代方法推导出系统中光整流的解析表达式。最后以GaAs/AlxGa1-xAs双量子阱为例,引入相应的材料参数进行数值计算。结果表明,光整流系数在非对称耦合量子阱中比在单阱中所得大了百倍,系统的光整流系数随着势阱宽度和势垒宽度的变化不是单调函数,所以选取适当的势阱宽度和势垒宽度可以得到较大的光整流效应。论文的第三章研究了非对称的耦合量子阱的三次谐波的特征。同样运用密度矩阵理论及迭代方法推导出系统中三次谐波的解析表达式。最后以GaAs/AlxGa1-xAs非对称耦合量子阱为例,引入相应的材料参数进行数值计算。结果表明,系统的三次谐波系数随阱参数Δ和WB出现较复杂的变化。论文的第四章研究了柱形量子点量子阱的光学吸收系数和折射率改的特征。运用密度矩阵理论及迭代方法推导出系统中光学吸收系数和折射率改变的解析表达式。最后以GaAs/AlGaAs量子点量子阱为例,引入相应的材料参数进行数值计算。结果表明,三阶的吸收系数和三阶的折射率改变对总的吸收系数和折射率改变有很大的影响,调解量子点量子阱的核半径,可以有效地控制光的吸收和折射率改变。论文的第五章是总结全文主要计算结果及研究结论,指出不足之处并作出展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 研究方法
• 第二章 耦合量子阱中的光整流效应
• 2.1 引言
• 2.2 体系的能级和波函数
• 2.3 耦合量子阱中光整流系数的推导
• 2.4 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 耦合量子阱中三次谐波
• 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 柱形量子点量子阱中光吸收和折射率改变
• 4.1 引言
• 4.2 柱形量子点量子阱的波函数推导
• 4.3 理论推导
• 4.4 计算结果与分析
• 4.5 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