含单负介质层受阻全内反射结构的光子隧穿现象研究

利用稳定相位理论得到了光子穿越含单负介质层受阻全内反射结构的隧穿时间以及光子穿透光学势垒后产生的横向位移.分析结果表明，当势垒为单负介质时，光子隧穿可能表现出负的隧穿时间和负的横向位移.隧穿时间和横向位移存在Hartman效应，使得光子隧穿过程具有超光速性质.此外，基于TM波和TE波通过负介电常数介质和负磁导率介质势垒产生的横向位移的方向正好相反，得到了一种有效的区分两类单负介质的方法. 关键词： 光子隧穿 负折射 单负介质 超光速     

相对论性粒子穿越势垒的渡越时间

粒子穿过势垒所需多少时间?这个问题一直以来倍受关注.人们提出了几种隧穿时间的定义,对这个问题进行了大量的理论和实验研究,但仍存在争议和分歧.近年来,Büttiker等人为寻找符合因果律的速度概念,分别研究了在非相对论和相对论色散介质中消逝波的传播问题.最近,李春芳等人从能流的角度定义了一个新的隧穿时间.这个隧穿时间无论在非相对论量子力学中还是在相应的光学类比中都不存在超光速问题.在本文中,我们把这个隧穿时间从非相对论量子力学推广到相对论量子力学.由于存在Klein隧穿,粒子可以以行波的方式穿过高势垒.所以,我们分别在消逝波和行波两不同情况下,利用Dirac方程计算了这个隧穿时间以及不同的极限,证明它同样不具有超光速性.通过比较不同极限下的群时延和居留时间,证明了在特定的条件下它们是具有超光速性的.     

费米超流气体的非线性Rosen-Zener隧穿

以非线性Rosen-Zener隧穿理论为基础, 用平均场近似的方法, 通过考虑高阶非线性项的影响, 研究了非线性两能级系统中费米超流气体的Rosen-Zener隧穿现象. 研究发现粒子间的非线性相互作用能够显著地影响量子隧穿. 分别在快扫描极限和绝热极限的条件下, 解释了Rosen-Zener隧穿现象, 并给出了矩形振荡周期与非线性参数之间的依赖关系. 这为更深入认识费米气体的基本属性提供了理论基础.     

FTIR结构中光子隧穿的位相时间和横向位移

计算了TE光子穿越受阻全内反射（Frustrated total internal reflection--FTIR)结构的隧穿时间（位相时间）以及光子透射过势垒后产生的横向位移。利用金属膜理论中阐述的复数折射角的定义得到了这种典型势垒结构中单层均匀媒质的特性矩阵M，通过计算入射波电场和透射波电场的复数振幅比，得到了光子隧穿势垒的复透射系数及产生的横向位移。最后，对所得的计算结果进行了分析和讨论。     

费米超流气体的非线性Landau-Zener 隧穿

在平均场近似下,通过对相平面和不动点的分析, 研究了非线性两能级系统中费米超流气体的Landau-Zener 隧穿现象. 研究发现,费米子间的相互作用能够显著地影响量子隧穿. 当相互作用参数c小于临界值c^*时,在绝热极限下隧穿仍然满足量子绝热定理, 而大于这一临界值时,量子绝热定理不再满足. 最后通过和线性情况比较,得到了c*时隧穿率与扫描速率间满足的指数关系.     

半导体三量子点中的多透明窗口及弱光孤子的调控

考虑半导体量子点间隧穿耦合效应,研究非对称半导体三量子点分子中的弱探测光的传播特性。线性情况下,由于点间隧穿耦合和外部控制光的协同调控,探测光的吸收特性将出现共振吸收、隧穿诱导透明单窗口、隧穿诱导透明双窗口及隧穿诱导透明三窗口的转变。此外,从反常色散到正常色散的开关效应可通过改变隧穿强度及光学控制场强度来实现。对于非线性情况,发现孤子的振幅随着点间隧穿耦合系数增大呈先增大再减小随即再次增大并减小的波动变化趋势且出现最大振幅及其对应的点间隧穿耦合强度随着外部控制光场的增大而减小。此外,发现孤子的群速度随着耦合强度的增加呈逐渐减小的趋势。     

强场隧穿电离模式下的氦原子电离时间问题研究

电子隧穿电离动力学在阿秒物理学领域具有极为重要的作用,电子隧穿电离时间是该领域的最基本问题之一,在理论和实验上仍然存在着广泛的争议.本文通过数值求解含时薛定谔方程,计算了阶跃强激光场作用下He原子中单电子隧穿电离时间,计算结果表明电子隧穿合成势垒的最大概率流密度时间和基态波函数演化到连续态的时间与Keldysh时间非常接近讨论了电子隧穿时间为什么不能定义为最大电离率和激光峰值之间的延时的原因.相比其他文献给出的隧穿时间定义,基态波函数演化到连续态的时间与实际的电离过程更为相符,把该时间定义为电子隧穿合成势垒的时间更为确切.根据本文的分析结果,提出了采用光场合成技术测量电子实际的隧穿电离时间的实验方案.     

点间隧穿耦合对四能级三量子点电磁感应透明介质孤子动力学的影响

利用概率幅变分近似结合多重尺度法,研究了探测光在两边产生点间隧道耦合的非对称阵列型三量子点电磁诱导透明介质的传播性质.结果表明,由于系统的色散效应和点间隧穿耦合产生的非线性效应相平衡,系统能形成稳定传播的超低速时间光孤子.有趣的是,仅开启一边的点间隧穿耦合(即另一边关闭),随着点间隧穿耦合强度的增加,光孤子的速度呈现出先增大后减小的变化趋势,但光孤子的幅度却一直增大.两边两个点间隧穿耦合强度均开启后,随着点间隧穿强度逐渐的增大,光孤子的幅度随着点间隧穿强度的增大会出现逐渐减小,直到出现一个拐点后才迅速增大;而光孤子的速度相比较于单个隧穿强度的影响会明显降低,且出现停滞的现象.这些结果不但揭示出点间隧道耦合对三量子点电磁感应透明介质光孤子的动力学有着重要影响,而且还预言在半导体量子点器件中可利用点间隧道耦合调节其光孤子传输的幅度.     

电子横向运动对共振隧穿的影响

讨论了电子横纵方向运动耦合时的隧穿现象,对CdSe/Zn1-xCdxSe方形双势垒结构和抛物形双势垒结构的数值计算表明,在零偏压和非零偏压情况下,电子横向运动对共振隧穿的影响是不容忽略的。     

半导体三量子点电磁感应透明介质中的非线性法拉第偏转

利用一束弱线性π偏振探测光在与其平行的磁场作用下所形成的两偏振分量,然后结合量子点间的隧穿耦合,构建了五能级M型半导体三量子点分子电磁感应透明介质.通过研究该体系的线性光学性质发现,操控量子点间隧穿耦合强度可有效调节系统中隧穿诱导透明窗口的宽度,并实现对介质的反常色散与正常色散的"开关"调节效应.随后,对体系非线性法拉第效应的研究发现,在相同的外加磁场下探测光的非线性法拉第偏转方向与线性法拉第偏转相反且非线性法拉第偏转角更大.