半导体中光的相干传播理论(Ⅰ)

本文是半导体中光的相干传播理论的第一部分。在不考虑电子-电子间的相互作用时,我们得到了相干光作用下描述半导体带间跃迁矩阵元满足的布洛赫方程。半导体的带间跃迁形式上可类比于一个非均匀展宽的二能级系统能级间的跃迁;但是在强光的作用下会有一种特殊的多光子过程发生。 关键词：     

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.     

计及激子-双激子相干下半导体单量子点中的空间光孤子对

考虑激子-双激子的相干效应, 解析地研究了半导体单量子点中探测光和信号光的吸收特性和非线性传播特性.结果发现, 在线性条件下, 单量子点中出现电磁感应透明现象; 进一步分析可得, 电磁感应透明所呈现的是单窗口或双窗口或光学增益均可通过调节控制光强加以控制.在非线性条件下, 弱信号光诱导弱探测光产生两个分量, 这两个分量在系统中所激发的自克尔和交叉克尔 非线性效应与系统的衍射效应相平衡从而形成稳定的亮-亮, 亮-暗, 暗-暗等空间光孤子对. 关键词： 半导体量子点 电磁感应透明 空间光孤子对     

电磁引起透明:强信号、反对称失谐情形

在强信号场与产生相干的外场分别与Λ原子两个偶极允许跃迁具有反对称失谐情况下严格求解了原子密度矩阵方程，在等拉比频率（Ｇ）条件下发现失谐很小时存在近似的相干粒子俘陷现象，这导致介质对强信号光的Ｏ（Ｇ^-3）级透明。当先谐量为Ｇ／２时，原子近似等概率地处于三个能级，透明仅具有Ｏ（Ｇ^-1）量级。 关键词：     

基于GaAs-AlGaAs非对称耦合量子阱材料的半导体弱光开关

提出了一种基于在GaAs-AlGaAs非对称耦合量子阱材料子带跃迁的量子干涉的半导体弱光开关，分析了驰豫速率γ21对光开关的影响，这种半导体弱光开关是半导体超晶格材料共振隧穿作用导致的子带跃迁的Fano干涉的结果，由于半导体结构与材料可以人为地选择，相干强度可以控制和改变，这种半导体弱光开关比采用原子系统更实用，这也是一种在半导体材料中实现一束光控制另一束光的方法。     

半导体量子点中浸润层跃迁与纯失相对Rabi振荡退相干的影响

理论上分析了半导体量子点中浸润层跃迁(包括泄漏和俘获两个过程)对Rabi振荡退相干的影响,含浸润层跃迁的粒子数运动方程可以很好地拟合实验结果.同时还对比分析了纯失相(pure dephasing)对Rabi振荡退相干的影响.分析表明,可以用简单的纯失相强度相关衰减因子来等效地分析复杂的多能级跃迁体系的退相干特性.     

X射线透明

通常气体原子吸收一定频率的光，这种频率对应于气体原子中两个量子能级之间的能量差。但是如果存在第三个能级，则可能产生所谓电磁诱发透明的量子现象。为产生这种现象，用一束激光作为抽运束，造成第二个与第三个能级的相干叠加，成为所谓的“缀饰态”。如果调谐得适当，由第一态到两个缀饰态的跃迁发生相消干涉。     

温度对晶体中稀土离子(E)-型能级电磁感应透明的影响

运用产经典理论，在Pr^3 ：YSO晶体Pr离子E－型三级级系统中，求解了探测光吸收在不同光跃迁驰豫速率与自旋跃迁驰豫速率下的瞬态及稳态解，得到了电磁感应透明现象，分析了两种驰豫对电磁感应透明的,人而揭示了掺稀土离子晶体中电磁感应透明对温度的依赖性。     

调谐耦合场作用下的无反转光放大

 讨论了调谐耦合场作用下的Λ型三能级系统中的无反转光放大（AWI）现象,调谐耦合场同时激励两个基态精细结构能级与激发态能级之间的跃迁,使系统同时呈现电磁诱导透明（EIT）和自发诱导相干凹陷两种特性,而且当调节这个耦合场的频率失谐量在某一特定范围时,系统会在EIT信号上叠加出现AWI现象。研究结果表明：该系统中EIT和自发诱导相干凹陷之间存在能量转移现象,当EIT上出现AWI现象时,虽然激发态能级与基态能级之间没有出现粒子数反转,但是两个基态精细结构能级之间出现了粒子数反转。     

电磁感应双光子光透明及共振吸收增强

研究了相干场控制下的电磁感应双光子光透明。讨论了外加相干场对双光子吸收特性的影响 ,分析了电磁感应双光子光透明及共振吸收增强的物理机制。应用密度矩阵方法推导出相干场作用下双光子吸收上能级粒子数的二阶近似表达式 ,同时利用微扰法在原子缀饰态表象中推导出双光子跃迁速率的解析表达式。并讨论了系统中多普勒效应的影响。     

电磁感应双光子光透明有共振吸收增强

研究了相干场控制下的电磁感应双光子光透明。讨论了外加相干场对双光子吸收特性的影响,分析了电磁感应双光子光透明及共振吸收增强的物理机制。应用密度矩阵方法推导出相干场作用下双光子吸收上能粒子数的二阶近似表达式,同时利用微扰法在原子缀饰态表象中推导出双光子跃迁速率的解析表达式。并讨论了系统中多普勒效应的影响。     

基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应

建立微波驱动基态精细结构跃迁的Λ型三能级系统,研究基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应.微波场作用于基态精细结构能级之间,产生3个透明窗口,利用适当角度的自发辐射相干效应与电磁感应透明耦合,实现透明向光放大的转化.结果表明,透明转化为光放大时,激发态与基态能级之间以及两个基态能级之间均不出现粒子数反转,但在产生光放大的过程中必须经历两个基态能级出现粒子数反转的状态.调节微波场的频率失谐量可以改变基态能级上的粒子数分布,有利于无反转光放大的产生.     

四能级原子系统中的电磁诱导吸收

以三个电偶极跃迁(中间跃迁作为探测跃迁、两边分别是耦合跃迁和控制跃迁)构成N型四能级系统为例，研究介质对探测光的吸收.揭示了在N型四能级系统中，既可产生电磁诱导吸收又可产生电磁诱导透明.这不仅取决于非相干转移率的大小，而且还取决于耦合场、控制场的强度和第四个简并能级的衰减速率大小. 关键词： 电磁诱导吸收 电磁诱导透明 原子相干的自发转移 能级的衰减速率     

∧型四能级系统中的多重电磁诱导光透明研究

运用密度矩阵理论,研究了在外加相干耦合场作用下∧型四能级系统的吸收和色散特性。数值模拟表明：通过调节外加相干场的拉比频率强度,该系统可以单重、双重电磁诱导光透明现象,并在缀饰态表象中给出了定性解释。在双重电磁诱导透明现象中,透明窗的位置和吸收峰值可以通过调节外加相干场的失谐量来进行控制,而且透明点的位置可以连续变化。每个透明窗口在吸收最低时都伴随着高折射率,因此可以在此介质中实现超光速传播。     

锗硅合金半导体中无声子参与光跃迁机制研究

研究了Ｓｉ１－ｘＧｅｘ合金半导体中无声子参与光嗅迁的产机制，对由杂质无规分布引起的无声子参与光跃迁给出了一个物理模型。用此模型计算了光跃迁偶极矩，给出了跃迁偶极矩的上限。提出了未掺杂Ｓｉ１－ｘＧｅｘ合金半导体中无声子参与光跃迁的一种跃迁机制，认为是Ｇｅ原子周围波函数畸变的集体行为。     

计及声子辅助跃迁的单量子点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,在半导体单量子点中考虑声子辅助跃迁去构建环形四能级电磁感应透明介质模型.利用多重尺度法,解析研究发现:仅考虑系统的线性效应,随着耦合光强度的增加,介质对探测光的吸收迅速减少,形成透明窗口,并且透明窗口的宽度随之增大;进一步地,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,且偏转角更大.随着声子辅助跃迁强度的增加,线性和非线性法拉第偏转角都会逐渐变小,并且非线性法拉第偏转角减小的更多.这说明系统中的声子辅助跃迁能有效地调制探测光的法拉第偏转.我们的研究可能对于弱光条件下的光信息处理和传输具有潜在的应用价值.     

共振原子蒸气中激光脉冲的时空特性

在柱对称条件下，利用耦合的布洛赫－麦克斯韦方程，研究了激光脉冲在原子蒸气介质中的共振传播。考察了脉中在时空中的演化。数值计算结果表明激光脉冲在传播中，由于自感应透明与光波的衍射效应，表现出复杂的相干现象。     

双缀饰选择反射光谱的研究

研究了薄原子蒸气中Y型四能级系统的双缀饰选择反射光谱(DSR),其线型是三条色散曲线的叠加,其中两条反常色散线型对应于双缀饰电磁感应透明(DEIT).与单光子选择反射光谱(SR）相似,DSR也具有明显的Dicke窄化现象.由于暗态超慢原子的贡献和原子跃迁的量子相干效应,从DSR光谱可观察到显著的群速变慢效应.     

三模腔-原子闭环系统中可控的量子干涉和光子传输

通过构造一个由相互垂直的两腔和一个二能级原子组成的光学腔-原子系统,研究可控的量子干涉引起的非传统光子传输现象.该系统中,两个正交腔之间通过光纤直接耦合和通过放在两腔交叉处的二能级原子间接耦合.该三模系统支持两个相互垂直的传播方向,即两探测场相互垂直.在考虑原子弛豫速率的情况下,该闭环系统中的光场、腔模与原子跃迁间相互作用所产生的可控量子干涉能导致一些新的对称或非对称的光子输运行为,如相干完美合成、相干完美透明.此外,输运的群速度也可调节,即产生快慢光效应.这些过程能够通过调节探测场间相对相位、两腔之间的隧穿耦合强度进行动态调控.该机制有望用于开发高效的量子信息处理和全光网络的功能元器件(如光开关和路由器等).     

宽频脉冲光的传播特性

本文研究了宽频脉冲光在电磁诱导透明介质中的传播特性.结果表明,如果信号光的载波频率在透明窗口内,且频宽相对于透明窗口较宽时,输出信号光的时域宽度展宽,并出现明显的延迟效应;如果信号光的载波频率在介质吸收峰内,且频宽远大于介质吸收峰线宽时,信号光在传播过程中会发生形变,输出信号出现两个峰,峰值依赖于耦合光的频率和光强以及样品的长度,在适当条件下,在输出信号光中可获取较强的时域窄化的光脉冲. 关键词： 电磁诱导透明 脉冲形变 时间延迟 相干叠加