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半导体量子点电磁感应透明介质中的时间光孤子特征

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第1章 绪论

1.1半导体量子点制备及应用前景

1.2电磁诱导透明下的半导体量子点的应用前景

1.3本文所用的基本理论与研究方法

1.4本文主要研究内容

第2章 单量子点电磁感应透明介质中的时间光孤子行为

2.1引言

2.2半导体单量子点EIT介质模型

2.3时间光孤子的解析解

2.4 时间光孤子动力学性质

2.5本章小结

第3章 半导体三量子点分子电磁感应透明介质中的时间光孤子性质

3.1引言

3.2半导体三单量子点分子电磁感应透明介质模型

3.3线性光学性质

3.4时间光孤子性质

3.5本章小结

第4章 总结与展望

4.1 工作总结

4.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历及硕士期间完成的学术论文

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摘要

光孤子是光在介质传播中保持形状、幅度和速度不变的光脉冲，因而光孤子通信系统被认为是实现高速度、大容量、长距离全光通信的有效首选方案之一。一般地，光孤子可分为空间光孤子和时间光孤子。前者是非线性介质的非线性效应与光脉冲的衍射效应相平衡而形成；后者是系统的非线性效应与色散效应相平衡而形成。基于量子相干及干涉效应的电磁感应透明（EIT）介质为光孤子的传输提供了较为理想的场所,这主要是EIT介质能通过弱光激发产生较强非线性效应且能消除介质对光脉冲的吸收。目前，有关超冷原子EIT介质中的时间光孤子和空间光孤子的研究日趋成熟。然而，由于超冷原子低温、稀薄难以精确控制等缺陷使得其具体应用的量子器件难以微型化。以“人工原子”著称的半导体量子点逐渐成为产生EIT效应的理想介质之一，这不仅是因为量子点具有类似超冷原子的分立能级结构，同时还具备电偶极矩大，退相干时间长，易于集成等优势。此外，日渐成熟的半导体工艺和制备技术，也为量子点在半导体器件的应用提供广阔的前景。因此，对于半导体量子点EIT介质中时间光孤子性质的研究具有一定理论价值和现实意义。本文基于半导体单量子点和三量子点分子体系中的时间光孤子性质展开研究，全文主要结构如下：
　　论文首先概述了通常的半导体量子点的制备及其应用前景，进而阐述受EIT作用下的半导体量子点的应用前景。随后，就本文研究半导体量子点EIT介质中的时间光孤子性质所用的基本理论与方法进行了介绍，最后简要概括了本文的主要研究成果。
　　受EIT作用的实际半导体量子点可能会出现声子辅助跃迁效应，随后基于现有的实验条件考虑声子辅助跃迁效应后，构建一个由一束弱探测光联合两束强耦合控制光与半导体单量子点相互作用形成的环形四能级半导体单量子点 EIT介质模型。然后解析研究了环形四能级单量子点EIT介质中的时间光孤子，发现体系的非线性效应与色散效应能达到平衡，因而时间光孤子能在体系中产生并可稳定地传播。最后通过数值计算发现，体系的时间光孤子的幅度、宽度和群速度均可通过声子辅助跃迁强度调控。此外，由于体系中的时间光孤子的群速度远远小于光速，且随着声子辅助跃迁强度的增加可能会出现光停滞现象从而有利于实现光存储。这为半导体量子器件实现光存储提供一定的参考价值。
　　一般的单量子点可通过一定的耦合方式形成量子点分子，从而在量子点分子系统中，耦合强度对其线性和非线性光学性质定会产生一定的影响。首先构建由一束弱探测光与点间隧穿耦合而成的半导体三量子点分子相互作用形成的四能级半导体三量子点分子EIT介质模型，随后研究了点间隧穿耦合强度对半导体三量子点分子系统中的线性吸收和时间光孤子性质的影响。结果表明，在线性情况下，系统的隧穿诱导透明窗口的宽度可通过点间隧穿耦合强度进行有效调节；同时还可利用点间隧穿耦合强度实现隧穿诱导透明单-双窗口之间的调控。在非线性情况下，发现时间光孤子能够在半导体三量子点分子中经弱光激发形成；且体系所产生时间光孤子的类型（是时间亮光孤子还是时间暗光孤子）可通过调节点间隧穿耦合强度来控制。
　　论文最后先对本文研究的半导体量子点 EIT介质中时间光孤子的研究成果进行了总结；然后对半导体量子点EIT介质后续的非线性光学的研究工作进行了展望。

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