FEL诱导半导体材料非线性光吸收

应用北京自由电子激光(BFEL)对典型的红外光电子材料Hg_1-xCd_xTe ,InSb和InAs进行了非线性光吸收研究.利用FEL的高光子密度和皮秒量级的短脉冲宽度特性，研究了双光子吸收(TPA)以及光生载流子吸收(FCA)共同作用机理，从实验上直接证实了在强入射能量下，FCA是不可忽略的光吸收过程，提取了精确的自由载流子吸收截面参数. 关键词： FEL 双光子吸收 光生载流子吸收 吸收截面 载流子寿命     

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。     

空间群选择定则的计算方法

一、引 言 晶体空间群选择定则是用群论方法研究光与晶体相互作用(例如红外吸收、γ散射等过程)的一个基础工作.在晶体特别是在半导体中,跃迁和散射过程涉及电子和声子、电子和光子以及电子同时和声子及光子的相互作用.例如,在锗、硅等半导体中的光跃迁就包括没有声子参加的直接光跃迁和有声子参加的间接光跃迁.只允许某些跃迁的规则称为选择定则, 由量子力学我们知道,由算符H描述的相互作用引起电子从φm态跃迁到φn态,跃迁几率的大小,由下面的积分决定:当这个积分为0时,跃迁是不允许的;当这个积分不为0时,跃迁是允许的.但这个积分计算起…     

半导体超晶格和量子阱中量子态的光谱研究

本文讨论半导体超晶格及量子阱导带和价带的量子化亚带或子能级之间的带间光跃迁过程。所讨论的光跃迁过程或光谱研究方法有吸收光谱、光电流谱、光荧光和荧光激发谱、调制光谱以及喇曼散射光谱。关于亚带能量状态将着重讨论量子阱中的激子效应和价带亚带混和及其对带间光跃迁的影响。     

半导体超晶格和量子阱中量子态的光谱研究

本文讨论半导体超晶格及量子阱导带和价带的量子化亚带或子能级之间的带间光跃迁过程。所讨论的光跃迁过程或光谱研究方法有吸收光谱、光电流谱、光荧光和荧光激发谱、调制光谱以及喇曼散射光谱。关于亚带能量状态将着重讨论量子阱中的激子效应和价带亚带混和及其对带间光跃迁的影响。     

通过飞秒泵浦探测技术研究PbS纳米颗粒的激发态瞬态动力学过程

利用飞秒泵浦探测技术研究了PbS半导体纳米颗粒复合的SiO₂溶胶凝胶薄膜的瞬态动力学过程。通过改变激发探测波长和激发光强度,研究引起PbS半导体纳米颗粒的非线性吸收的两种机制。当激发探测波长选在激子吸收峰附近(620nm)时,由于激子的饱和吸收引起的光致漂白,当激发波长选在激子能态的低能侧(753,800nm),同时观察到激子的饱和吸收和双激子效应引起的光致吸收。研究了激子的饱和吸收和双激子效应引起的激发态吸收随激发态电子-空穴对浓度的变化关系,表明双激子效应与载流子浓度有很大关系。在高激发强度下,双激子效应引起的诱导吸收远远大于激子跃迁引起的光致漂白,双激子效应在非线性吸收中起着决定性作用。     

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：     

二硫化钼纳米点中的缺陷辅助载流子俘获超快动力学

二硫化钼纳米点正在成为有潜质的半导体材料用于光电设备的应用.然而,关于对其中激子动力学的研究却很少.本文利用飞秒瞬态吸收光谱学来研究二硫化钼纳米点的载流子动力学.结果显示,缺陷辅助的载流子再复合过程与观测到的动力学相符,通过俄歇散射对光激载流子进行俘获至少存在两种不同俘获速率的缺陷.四个过程参与了载流子驰豫,在受到光激发后,立即在~0.5 ps内载流子冷却,然后大部分载流子被缺陷快速俘获,随着泵浦能量的增加,该过程对应的时间从~4.9 ps增加到~9.2 ps,这可以用缺陷态的饱和来解释.接下来,拥有相对慢的载流子俘获速率的其它类型缺陷对小部分载流子进行俘获,该过程约65 ps.最后,剩余的少量载流子通过直接带间跃迁发生电子-空穴再复合,时间约为1 ns.研究结果可以深入了解二硫化钼纳米点中的载流子动力学基本原理,引导其更多的应用.     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究（英文）

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(Ga As)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究。飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应。通过Z扫描实验,得到了关于Ga As单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面。结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景。     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(GaAs)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究.飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应.通过Z扫描实验,得到了关于GaAs单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面.结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景.     

二硫化钼纳米点中的缺陷辅助载流子俘获超快动力学（英文）

二硫化钼纳米点正在成为有潜质的半导体材料用于光电设备的应用.然而,关于对其中激子动力学的研究却很少.本文利用飞秒瞬态吸收光谱学来研究二硫化钼纳米点的载流子动力学.结果显示,缺陷辅助的载流子再复合过程与观测到的动力学相符,通过俄歇散射对光激载流子进行俘获至少存在两种不同俘获速率的缺陷.四个过程参与了载流子驰豫,在受到光激发后,立即在～0.5 ps内载流子冷却,然后大部分载流子被缺陷快速俘获,随着泵浦能量的增加,该过程对应的时间从～4.9ps增加到～9.2ps,这可以用缺陷态的饱和来解释.接下来,拥有相对慢的载流子俘获速率的其它类型缺陷对小部分载流子进行俘获,该过程约65 ps.最后,剩余的少量载流子通过直接带间跃迁发生电子-空穴再复合,时间约为1 ns.研究结果可以深入了解二硫化钼纳米点中的载流子动力学基本原理,引导其更多的应用.     

共轭聚合物中受激吸收与受激辐射的量子动力学研究

基于扩展的一维SSH紧束缚模型结合非绝热的分子动力学方法,理论研究了共轭聚合物分子(PPV)在光脉冲作用下受激吸收和受激辐射的量子动力学过程.首先,设定分子初始处于基态,讨论了受激吸收过程中不同的电子受激跃迁模式与光激发脉冲的关系.通过对终态的分析,发现分子受激后只能产生电子-空穴的束缚态,包括:激子、双激子和高能激子.计算了各种激发态的产率,特别是,给出了各种激发态产率与光激发能量的定量关系.此外,基于实验,分别讨论了光激发强度对高能激子和双激子产率的影响,并与实验结果进行了比较.最后,设定分子初始分别处于激子和双激子态,研究了分子内定域能级之间的受激辐射过程,并简单讨论了激子和双激子受激辐射与光激发能量及强度的关系.     

基于半导体光放大器四波混频原理的光采样

建立了可研究强超短光脉冲放大特性且包含自由载流子吸收、受激辐射、双光子吸收、光谱烧孔和超快非线性折射效应的半导体光放大器理论模型,用以建立脉冲四波混频模型,并进一步仿真了基于半导体光放大器的光采样过程,重点讨论了自由载流子吸收、双光子吸收效应对采样特性的影响。仿真结果与实验结果相符。     

闪锌矿GaN/AlGaN量子点中激子态及光学性质的研究

在有效质量近似的框架下,运用变分方法研究闪锌矿GaN/AlGaN量子点中的激子态及相关光学性质,探讨电子与空穴在量子点中的三维空间受限和有限势效应.数值计算结果显示,当量子点的尺寸增加时, 量子尺寸效应对电子和空穴的影响减弱,基态激子结合能和带间光跃迁能也都降低;而当该量子点中垒层AlGaN中 Al含量增加时,提高了量子点对电子和空穴的束缚作用, 同时基态激子结合能和带间光跃迁能都增加.数值的理论结果与相关实验测量结果一致.     

一维半导体的光学吸收

研究一维半导体在外电磁场中的光吸收、涉及电子带间的直接跃迁与间接跃迁，考虑了电子－空穴相互作用的激子光吸收，导出一维半导体的光吸收系数公式。     

垂直电场下扭转双层石墨烯光学吸收性质的理论研究

层间扭转角度是对石墨烯物理性质宽波段可调谐的一个新参量.本文采用2°<θ<15°扭转角度下的连续近似模型,获得了不同扭转角度双层石墨烯分别在有、无电场下的能带结构,通过电子-光子相互作用跃迁速率,计算模拟了范霍夫奇点附近电子带内跃迁和带间跃迁所引起的光学吸收谱.结果表明,在无外加电场时,带间跃迁吸收峰的位置随着扭转角度的增大而发生从红外到可见光波段的蓝移,且吸收系数增大,带内跃迁的光学吸收系数相对于带间跃迁高出2个数量级;而存在外加电场时,两个范霍夫奇点在波矢空间的位置发生偏移,带间跃迁吸收峰发生分裂,且两个分裂的吸收峰位置随着电场强度的不断增大而反向行进.上述研究结果对石墨烯材料在光电器件方面的应用有一定指导作用.     

半导体中光的相干传播理论(Ⅲ)

本文是半导体中光的相干传播理论的第三部分。在前面两篇文章的基础上,推导了光在半导体中相干传播的Maxwell-Bloch方程;利用这组方程,讨论了带间跃迁和激子跃迁两种情况的许多可能的相干传播效应。文中特别着重分析了自感透明现象,证明了对于上述两种跃迁自感透明现象都是可能发生的。 关键词：     

硅光电二极管的双光子响应

报道用连续光1.3μmInGaAsP半导体激光器探测硅光电二极管中的双光子响应(我们把倍频效应和双光子吸收统称为双光子响应).通过实验,证明在硅光电二极管中必然有倍频吸收引起的光电流存在.     

光导型HgCdTe光电探测器对双波段组合激光辐照动态响应的数值模拟

采用数值方法,考虑波段内激光的本征载流子带间跃迁吸收和波段外激光的自由载流子带内跃迁吸收的光吸收机制,以及器件温升对载流子寿命、浓度、迁移率和光吸收系数等材料参数的影响,通过求解粒子数平衡方程和热传导方程的联立方程组,研究了PC型HgCdTe光电探测器在波段内和波段外双光束组合激光辐照下的动态响应过程.计算结果证实了探测器对波段内和波段外激光的电压响应方向相反;结果显示探测器对波段外激光的反向电压响应随波段外激光功率升高迅速增大,线性区间的波段内背景光辐照使波段外光响应迅速增大,随波段内激光使探测器趋于饱和,波段外光响应逐渐减小.