纵波光学声子耦合对级联型电磁感应透明半导体量子阱中暗-亮光孤子类型的调控

利用多重尺度法,解析地研究了计及纵波光学声子耦合弛豫效应下级联型三能级电磁诱导透明半导体量子阱介质中时间光孤子的动力学特征.结果表明:纵波光学声子耦合强度的大小能有效调控体系时间光孤子的类型;发现孤子的群速度也可通过纵波光学声子耦合强度和控制光来调控.这为实验上如何操控半导体量子阱的孤子动力学提供了一定的理论依据.     

自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学研究

介绍了最新发展的粒子数混合超快光谱测量技术,以及采用该技术对自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学的研究结果.实验发现,自组织InAs/GaAs量子点结构的发光寿命大约为1ns,与InAs层厚度关系不大;激子寿命与温度有一定的关系,但没有明显的实验证据表明与量子点的δ态密度有关;用粒子数混合技术,实验上可直接观察到量子点中载流子在激发态能级的态填充过程. 关键词：     

真空场诱导相干对梯形四能级原子系统中单光子和双光子透明的影响

当一个梯形四能级原子系统的中间两个能级分别与真空辐射场相互作用耦合到基态和激发态时,自发衰变路径间的量子干涉效应导致了V和Λ型的真空场诱导相干(VIC)。利用半经典理论,分别讨论了这两种类型的VIC对单光子和双光子电磁诱导透明的影响,并发现Λ型的真空场诱导相干增强双光子的吸收,而对单光子的吸收几乎无影响;V型的真空场诱导相干抑制单光子和双光子的吸收。     

光学-射频场双驱动原子系统中的透明与吸收特性的调控

光与物质的相互作用可以产生许多奇特的量子光学现象,电磁诱导透明和电磁诱导吸收是其中最典型的现象.本文在通常的Λ型三能级系统中引入射频场作用于激发态的精细结构能级之间,组成光学-射频双驱动场共同激发原子的相干跃迁,使系统的吸收特性出现电磁诱导透明和电磁诱导吸收两种量子相干效应.通过讨论双驱动场开启后直到系统达到稳定的量子相干过程,分析电磁诱导透明和电磁诱导吸收随时间的产生和转化,得到两种量子相干现象之间的关联性及对其进行量子调控的方法.     

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.     

点间隧穿调控五能级M型三量子点电磁感应透明介质中的孤子碰撞性质

基于现有实验,本文构建一束弱线性偏振光在平行于传播方向的磁场作用下分裂为两正交偏振光,当其与三角形三量子点相互作用后形成五能级M型三量子点电磁感应透明介质模型.随后,利用多重尺度结合傅里叶积分方法研究体系中的光孤子传播及两孤子间的碰撞特性,结果发现孤子间的碰撞方式是由其初始相位差所决定.当孤子间初相位差为0时,孤子间的碰撞为周期性弹性碰撞;当初相位差为π/4,π/2和π时,孤子间会产生排斥作用力而使两孤子分离.有趣的是,孤子间的碰撞特征受量子点间的隧穿强度的调控.当点间隧穿强度的增加,初相位差为0的孤子间的碰撞周期减小;而初相位差为π/4,π/2和π时孤子间的排斥力增大.这为实验上如何操控半导体量子点器件中的孤子动力学提供了一定的理论依据.     

量子点中两耦合时间矢量光孤子的碰撞特性

构建一个由一束弱线性偏振探测光场在与其平行的磁场作用下形成的两正交偏振分量,联合两束强耦合控制光场与半导体单量子点相互作用所形成的四能级半导体量子点电磁感应透明介质模型,利用多重尺度法,解析地研究了该半导体量子点电磁感应透明介质中的两耦合时间矢量光孤子的稳定性及其碰撞特性。结果发现,该体系中两耦合时间矢量光孤子的碰撞特性与其初始相位差有关;当两孤子分量为同相或反相时,孤子间会呈现出近弹性碰撞且无能量转移;而当孤子分量间初始相位差为π2时,两孤子则会在融合之后再彼此分离且出现能量转移。     

半导体自组织量子点量子发光机理与器件

介绍了自组织量子点单光子发光机理及器件研究进展.主要内容包括：半导体液滴自催化外延GaAs纳米线中InAs量子点和GaAs量子点的单光子发光效应、自组织InAs/GaAs量子点与分布布拉格平面微腔耦合结构的单光子发光效应和器件制备,单量子点发光的共振荧光测量方法、量子点单光子参量下转换实现的纠缠光子发射、单光子的量子存储效应以及量子点单光子发光的光纤耦合输出芯片制备等.     

电磁感应透明介质中的弱光空间暗孤子环

利用多重尺度方法,解析地研究了Λ型三能级冷原子气及一束较强耦合光组成的电磁感应透明介质体系中的非线性动力学性质.结果表明：一束较弱的探测光能在电磁感应透明介质中形成弱光空间暗孤子,当弱光空间暗孤子沿轴向传播时,它会逐渐演化成一个稳定的弱光空间暗孤子环,这是衍射效应和自散焦效应相互平衡的结果. 关键词： 电磁感应透明 弱光空间暗孤子环 多重尺度方法     

p型掺杂1.3μm InAs/GaAs量子点激光器的最大模式增益特性的研究

对p型掺杂13 μm InAs/GaAs量子点激光器的最大模式增益进行了实验和理论分析.实验上,测量了不同腔长激光器阈值电流密度与总损耗的对应关系,拟合出的最大模式增益为175 cm^-1,与相同结构非掺杂量子点激光器的最大模式增益一致.同时理论分析表明,p型掺杂对InAs/GaAs量子点激光器的最大模式增益并无影响,并且最大模式增益的计算结果与实验值相符.具有较小高度或高宽比的量子点能达到更高的最大模式增益,而较高的最大模式增益对p型掺杂13 μm InAs/GaAs自组织量子点激光器在光通信系统中的应用具有重要意义. 关键词： 最大模式增益 p型掺杂 InAs/GaAs量子点激光器     

利用InAs/GaAs数字合金超晶格改进InAs量子点有源区的结构设计

利用分子束外延技术,通过InAs/GaAs数字合金超晶格代替传统的直接生长InGaAs层的方式,在GaAs(100)衬底上生长了InAs量子点结构并成功制备了1.3μm InAs量子点激光器.通过原子力显微镜和光致荧光谱测试手段,对传统生长模式和数字合金超晶格生长模式的两种样品进行了表征,研究发现采用32周期InAs/GaAs数字合金超晶格样品的量子点密度非常高,发光性能良好.通过与常规生长方式所制备激光器的性能对比,发现采用InAs/GaAs数字合金超晶格生长InAs量子点的有源区也可以得到高质量的激光器.利用该方式生长的InAs量子点激光器的阈值电流为24 mA,相应的阈值电流密度仅为75 A/cm2,最高工作温度达到120℃.InAs/GaAs数字合金超晶格既可以保证生长过程中源炉的温度保持不变,还可以对InGaAs层的组分实现灵活调控.不需要改变生长速度,通过改变InAs/GaAs数字合金超晶格的周期数以及InAs层和GaAs层的厚度,便可以获得任意组分的InGaAs,从而得到不同发光波长的激光器.这种生长方式对量子点有源区的结构设计和外延生长提供了新思路.     

GaAs(001)图形衬底上InAs量子点的定位生长

InAs/GaAs量子点是重要的单光子源,位置可控量子点对实现可寻址易集成的高性能量子点光源具有重要意义.本文详细研究了氢原子条件下GaAs (001)图形衬底的低温脱氧过程,低温GaAs缓冲层生长中沟槽形貌的演化过程,以及沟槽形貌对量子点形核位置的影响.发现GaAs衬底上纳米沟槽侧壁的倾斜角较小时, InAs量子点会优先生长于沟槽底部;当沟槽的侧壁倾斜角较大时, InAs量子点则会优先生长于沟槽两侧的外边沿位置.此外,本文还研究了纳米孔洞侧壁的倾斜角对量子点成核位置的影响,实现了双量子点分子和四量子点分子的定位生长.     

基于电磁诱导透明机制的压缩光场量子存储

光场的量子存储不仅是构建量子计算机的重要基础,而且是实现量子中继和远距离量子通信的核心部分.由于存在不可避免的光学损耗,光学参量放大器产生的压缩真空态光场将变为压缩热态光场,不再是最小不确定态.因此,压缩热态光场的量子存储是实现量子互联网的关键.在原子系综中利用电磁诱导透明机制能够实现量子态在光场正交分量和原子自旋波之间的相互映射,即受控量子存储.本文根据量子存储的保真度边界,研究了实现压缩热态光场量子存储的条件.量子存储的保真度边界是通过经典手段能够达到的最大保真度,当保真度大于该边界时,就实现了量子存储.通过数值计算分析了不同情况下压缩热态光场的量子存储保真度边界,以及存储保真度随存储效率的变化关系,得到了实现量子存储的条件,为连续变量量子存储实验设计提供了直接参考.     

电磁诱导透明系统中的暗孤子

利用电磁诱导透明效应提供的高色散和非线性系数, 研究暗孤子的形成环境以及孤子演化与环境参数的关系. 为了提高电磁诱导透明的稳定性和可操作性, 用双势阱半导体作为基质材料. 将量子理论和经典场理论结合, 获得了非线性薛定谔方程. 以非线性薛定谔方程为基础, 研究暗孤子的形成条件, 以及孤子演化与环境参数的关系. 研究结果表明: 当介质为反常色散同时交叉相位调制为负时, 在该介质中可以形成和传播暗孤子; 暗孤子演化中, 脉宽、灰度与相位相互关联, 脉宽越小、灰度越大, 相位增长越迅速. 此外, 研究了系统的调制不稳定性, 探讨了在调制不稳定下的增益谱.     

耦合场失谐对闭合Λ型四能级系统中电磁诱导透明和电磁诱导吸收的影响

电磁诱导透明(EIT)和电磁诱导吸收(EIA)是光与物质相互作用中表现出来的奇特的非线性效应,对其形成机理及非线性特性的研究具有重要的理论意义和巨大的潜在应用价值.构建一个闭合Λ型四能级系统包括两个基态精细结构能级和两个激发态精细结构能级,除耦合场和探测场外,还附加了两个射频场分别作用于激发态精细结构能级和基态精细结构...     

自组织InAs/GaAs量子点垂直排列生长研究

利用自组织生长InAs/GaAs量子点的垂直相关排列机制，生长了上下两层用6.5nm GaAs间隔的InAs结构.下层InAs已经成岛，由于应力传递效应，上层InAs由二维生长向三维成岛生长的转变提前发生，临界厚度从1.7ML变成小于1.5ML.透射电子显微镜截面象显示形成上下两层高度差别很大的InAs量子点，但是由于两层量子点之间存在强烈的电子耦合，光致发光谱中只有与包含大量子点的InAs层相对应的一个发光峰.     

InAs/GaAs量子点的静压光谱压力系数研究

采用有效质量模型和非线性弹性理论计算了不同尺寸InAs/GaAs量子点的静压光谱发光峰的 压力系数(PC).量子点峰位随压力的变化主要来自禁带宽度和电子束缚能随压力变化两方面 的贡献.由于InAs/GaAs量子点是一个应变体系，体系的晶格常数，失配应变和弹性系数均随 外加压力变化，使得加压后量子点的禁带宽度相对于非应变体系略有减小，同时势垒高度增 加，电子束缚程度增加.两者共同作用引起的InAs应变层的禁带宽度压力系数减小是导致量 子点的压力系数小于InAs体材料的主要原因.同时计算结果表明，电子束缚能随压力变化对 不同尺寸量子点的压力系数的影响不同，量子点尺寸越小，受其影响越大，压力系数也越大 . 关键词： 量子点 压力系数 应变     

双层堆垛长波长InAs/GaAs量子点发光性质研究

研究了双层堆垛InAs/GaAs/InAs自组织量子点的生长和光致发光(PL)的物理性质。通过优化InAs淀积量、中间GaAs层厚度以及InAs量子点生长温度等生长条件,获得了室温光致发光1391～1438nm的高质量InAs量子点。研究发现对量子点GaAs间隔层实施原位退火、采用Sb辅助生长InGaAs盖层等方法可以增强高密度(2×1010 cm-2)InAs量子点的发光强度,减小光谱线宽,改善均匀性和红移发光波长。     

转移矩阵理论及其在Ⅲ/Ⅴ族半导体量子阱体系中的应用

应用转移矩阵方法求解三种不同量子阱体系中基于单带有效质量模型和包络函数近似下的一维定态薛定谔方程.首先,通过比较Ⅰ型单量子阱GaAlAs/GaAs/GaAlAs体系的解析解和数值解,该方法的精确性得到了验证.其次,与Ⅱ型断代量子阱AlSb/InAs/GaSb/AlSb系统的光致发光谱实验结果比较证实了该方法的适用性.最后,利用该方法推广计算了基于GaAs/GaAlAs材料的Ⅰ型耦合多量子阱体系的子带能级和波函数,说明了方法的通用性和实用性. 关键词： 量子阱 转移矩阵方法 光致发光     

不同组分InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的影响

研究了不同In组分的In_xGa_1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的结构及发光特性的影响.透射电子显微镜和原子力显微镜表明,InAs量子点在InGaAs做盖层时所受应力较GaAs盖层时有所减小,并且x＝0.3时,InGaAs在InAs量子点上继续成岛.随x值的增大,量子点的光荧光峰红移,但随温度的变化发光峰峰位变化不明显.理论分析表明InAs量子点所受应力及其均匀性的变化分别是导致上述现象的主要原因. 关键词： 量子点 盖层 应力 红移