量子阱中的非线性光学性质研究

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，在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。 论文的第二章对V型量子阱的折射率改变进行研究。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V型量子阱系统中电子的波函数及其能级表达式。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折射率改变表达式，然后以GaAs/AlGaAsV型量子阱材料为例，引人相关的材料参数进行数值计算。结果表明，非线性折射率改变部分并不是远小于线性折射率改变部分，并由取与线性折射率改变部分反向的数值，而明显削弱了线性折射率改变部分。因此，要得到较准确的总折射率改变，需要考虑到非线性折射率改变部分。另一结果是：当入射光强度满足小于饱和值的条件下，总折射率改变随着入射光强度的减小而增大：增加注入载流子浓度同样能得到较大的总折射率改变。 论文的第三章研究了极化子效应对方形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。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。 论文的第四章是建立在第二、三章工作的基础上继续研究了极化子效应对方形量子阱中折射率改变的影响。同第三章一样，分两种情况进行比较，分别是考虑了极化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极化子效应对方形量子阱中折射率改变有所影响。当考虑了极化子效应的影响后，一阶线性、三阶非线性、总折射率改变都比仅考虑电子态的情况有所偏大。 在论文的最后一章，我们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。

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文摘

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第一章绪论

第二章 V型量子阱的折射率改变

第三章 极化子效应对方形量子阱中三次谐波产生的影响

第四章 极化子效应对方形量子阱中折射率改变的影响

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