半抛物量子阱中的非线性光学性质研究

摘要

非线性光学也称为强光光学。它所研究的课题对象，主要是涉及到强激光辐射与物质相互作用过程中出现的各种新现象和新效应，包括对这些新现象、新效应产生的原因和过程规律性的深入了解，以及探索它们在当前或今后科学技术发展中的各种可能应用等。 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子束缚体系，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。 论文的第二章极化子对半抛物量子阱的光整流效应进行研究。首先在有效质量近似下，通过解系统中相应的薛定谔方程得到半抛物量子阱系统中电子的波函数及其能级表达式，并运用微扰论的方法对极化子效应的影响进行计算，不仅考虑了极化子效应对波函数的修正，而且还考虑了极化子效应对能级的二级修正。另外，通过密度矩阵的方法和迭代方法推导出量子阱系统中的光整流效应表达式，然后以GaAs/AlGaAs材料为例，引人相关的材料参数进行数值计算。结果表明，极化子对非线性光整流效应的影响是忽略极化子效应的6-13倍；系统的光整流系数随着驰豫时间、半抛物量子阱固有频率和铝常数X的增加而增加。 论文的第三章研究了极化子效应对半抛物量子阱中三次谐波产生的影响。同样使用密度矩阵理论及迭代方法推导出了三次谐波产生系数表达式，并运用相同的方法去考虑极化子的影响。计算结果表明极化子效应对波函数、能级进行修正后，三次谐波系数明显增大。所以可得到如下的结论：在研究低维量子系统结构的光学性质时，电子与声子相互作用的影响是不可忽略的。 论文的第四章是建立在第二、三章工作的基础上研究了激子效应对一维量子点中光吸收系数的影响。分强受限极限和弱受限极限两种情况进行讨论。在强受限极限情况下，分别考虑了激子效应的影响和仅考虑电子态的情况。比较这两种情况得出的结果是激子效应对一维量子点中光吸收系数有很大影响，增加了2倍左右。当考虑了激子效应的影响后，入射光强度达到I=3.0×10<'10>W/m<'2>时，就会出现光吸收饱和现象。另外，我们也考虑了在弱受限极限情况下，系统的光吸收系数随着驰豫时间和入射光强度的变化关系，当入射光强度达到I=2.9×10<'11>W/m<'2>时，就会出现光吸收饱和现象。 在论文的最后一章，总结了本论文所研究的主要内容，并列出了我们研究所得到的主要结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1.1研究背景和目的

§1.2研究内容

§1.3研究方法

第二章半抛物量子阱中光整流效应

§2.1引言

§2.2半抛物量子阱的能级和波函数

§2.3理论推导

§2.4结果与讨论

§2.5本章小结

第三章极化子效应对半抛物量子阱中三次谐波产生的影响

§3.1引言

§3.2理论推导

§3.3结果与讨论

§3.4本章小结

第四章激子效应对一维量子点中光吸收系数的影响

§4.1引言

§4.2激子效应对一维量子点中的能级和波函数

§4.3理论推导

§4.4结果与讨论

§4.5本章小结

第五章总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢