有源光子带隙布拉格结构慢光的研究

摘要

在日新月异的通信发展中,光作为信息载体,扮演着前所未有的重要角色。如果能够使光的传输速度慢下来,将会得到原来的光速所没有的某些方面的更为实用的光学特性。因此,慢光的具体实现、如何将其应用于目前广泛关注的全光网络通信中,都是近些年来光学领域的重点关注问题之一。
　　在本论文中,研究了一种有源光子带隙布拉格结构通过量子调控实现慢光的方法。因量子材料在光线上的的特性,这种结构的激子效应更为明显,在非共振激发条件下驱动非线性物理机制(通过光学斯塔克效应得到),实现全光量子调控的慢光。如果量子材料特征频率(自旋激子共振频率和材料布拉格频率)在反射谱上形成的透射窗口,假设光脉冲的频谱位于中间能带之内(即在自旋激子共振频率和材料布拉格频率之间),则可以通过改变激子共振频率,对光的群速度进行调控,实现慢光。研究它和量子材料的能带关系,可以利用传输矩阵来计算材料作为光子振荡器的反射谱,以及通过改变特征频率来实现光量子的延时的原理及动力学过程。
　　通过计算量子阱材料的能级结构,利用传输矩阵方法推导的布拉格材料的能带关系,研究理想的(光量子非辐射展宽)周期量子材料的能带结构情况。研究量子阱激子(电子)共振频率非共振情况下光学斯塔克效应慢光过程。利用传输矩阵来计算材料的反射谱。并讨论了量子点布拉格结构的慢光情况,同样利用传输矩阵法建立了它的数学模型,研究了它的性能参数。从理论计算看出,这种结构能够实现全光调控,调控时间为ps量级,量子点结构还能实现室温调控,光速有很大的减慢,显示了极大的优越性。

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1 绪论

1.1 慢光的产生、研究进展及应用

1.2 量子调控

1.3 本论文的工作及意义

2 基于布拉格结构量子调控慢光研究的理论背景

2.1 光的群速度

2.2 半导体材料激子特性

2.3二能级体系的非共振激发

2.4 准稳态光学斯塔克效应

3 基于有源光子带隙布拉格结构多量子阱慢光的研究

3.1 引言

3.2 布拉格结构多量子阱慢光调控工作原理

3.3 多量子阱的能带结构

3.4 多量子阱布拉格结构光的群速度调控

3.6布拉格结构多量子阱的反射谱计算

3.7多量子阱布拉格结构无畸变光脉冲延迟

3.8 本章小结

4 基于布拉格结构多量子点慢光的研究

4.1 引言

4.2 布拉格结构多量子点模型的建立

4.3 布拉格结构多量子点光学特性的计算

4.4 布拉格结构多量子点反射谱的计算

4.5 本章小结

5 量子调控慢光展望

5.1平面光子晶体中的单量子点快慢光

5.2多耦合光子晶体腔中的时域慢光

5.3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录1 布拉格结构量子阱反射谱计算程序

附录2 量子点折射率改变量计算程序