半导体介质中光学双稳态和四波混频的理论研究

摘要

本语文要运用半经典理论研究了半导体量子阱材料中的光学双稳态行为和四波混频光场的产生。首先简要介绍了半导体量子阱的生成机制以及双稳态和四波混频两种光学现象的基本理论，接着介绍了半经典理论的相关知识；然后采用半经典近似对量子阱系统中的光学双稳态和四波混频现象作了理论研究。主要内容有： （1）研究了在一个非对称半导体量子阱结构中基于间带跃迁的光学双稳态行为。系统同时被一个探测场（基频场）和一个控制场对光学双稳态影响很大，另外，给出了通过基频场及其二次谐波场间的相位差对双稳态的双色相干控制，也讨论了电子合作参数对双稳态的影响。 （2）分析了一个半导体三量子阱结构中的四能级系统，在单向环形腔内受到一个探测激光场的相干驱动，发生间带跃迁，产生了光学双稳态行为。结果表明，通过适当调节系统的激光频率和隧穿诱导频率分裂，可以实现对光学双稳态的控制。 （3）提出了一个在非对称半导体双量子阱结构中基于间带跃迁的四波混频方案，并利用耦合薜定谔-麦克斯韦方程得到了相应入射探测脉冲和出射的四波混频脉冲显式的解析表达式，还详细讨论了共振和相位匹配条件下四波混频效率随几个参数的变化，得到的四波混频最大效率大于25％。