半導(dǎo)體量子阱中量子相干效應(yīng)及其應(yīng)用的理論研究.pdf

1、由于量子相干和干涉效應(yīng)能夠使介質(zhì)的光學(xué)特性發(fā)生顯著的改變，過(guò)去幾十年里，基于量子相干的諸多有趣的光學(xué)現(xiàn)象引起了人們廣泛的研究興趣，如電磁誘導(dǎo)透明、無(wú)反轉(zhuǎn)激光、相干布居捕獲、高階非線性增強(qiáng)、光群速減慢、無(wú)吸收折射率增強(qiáng)等。此外，人們還利用量子相干效應(yīng)對(duì)單個(gè)原子和光子的量子狀態(tài)進(jìn)行有效地操縱和控制，以實(shí)現(xiàn)更加靈活和快速的信息處理。上述基于量子相干效應(yīng)的現(xiàn)象多是首先在原子氣體中預(yù)見(jiàn)并觀測(cè)到的，但是對(duì)于其潛在應(yīng)用而言，全固態(tài)系統(tǒng)方案顯然更具價(jià)值

2、，也更值得追求和探索。本文主要研究半導(dǎo)體量子阱固態(tài)介質(zhì)中的量子相干效應(yīng)及其應(yīng)用，更具體地說(shuō)是對(duì)超慢光孤子、高效四波混頻、光學(xué)增益吸收性質(zhì)、偏振量子相位門以及雙模連續(xù)變量糾纏的實(shí)現(xiàn)做了理論研究。主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　 1、在一個(gè)非對(duì)稱耦合雙量子阱四能級(jí)系統(tǒng)中，利用一個(gè)低強(qiáng)度脈沖激光輻射分析了超慢亮暗光孤子的形成。在適當(dāng)?shù)膮?shù)條件下數(shù)值給出了光孤子可以以超慢群速Vg=c ~ 10-5傳輸。
　　 2、在一個(gè)非對(duì)稱三

3、量子阱形成的巨梯位型中基于帶內(nèi)躍遷實(shí)現(xiàn)了高效四波混頻過(guò)程。利用耦合的薛定諤-麥克斯韋方程求出了入射探測(cè)場(chǎng)和產(chǎn)生的四波混頻場(chǎng)顯式的解析表達(dá)式，并具體討論了四波混頻效率隨幾個(gè)參數(shù)的改變。在該系統(tǒng)中，產(chǎn)生的中紅外四波混頻信號(hào)場(chǎng)的效率有了很大增強(qiáng)，得到的最大效率超過(guò)了50％。
　　 3、在一個(gè)非對(duì)稱三量子阱形成的巨梯位型系統(tǒng)中，基于帶內(nèi)躍遷研究了與相位相關(guān)的兩個(gè)弱場(chǎng)（中紅外和遠(yuǎn)紅外）的增益和吸收性質(zhì)。在該系統(tǒng)中，場(chǎng)的增益吸收譜線強(qiáng)烈依賴

4、于應(yīng)用激光場(chǎng)的相對(duì)相位，并且可以利用實(shí)驗(yàn)的參數(shù)得到兩個(gè)場(chǎng)的放大。還具體討論了探測(cè)場(chǎng)失諧量以及泵浦場(chǎng)的拉比能量對(duì)兩個(gè)光場(chǎng)增益吸收反應(yīng)的影響。
　　 接著，利用同樣的方法，在一個(gè)非對(duì)稱耦合雙量子阱結(jié)構(gòu)雙¤位型中考慮Fano 干涉效應(yīng)研究了探測(cè)場(chǎng)和信號(hào)場(chǎng)的吸收放大反應(yīng)。分別討論了泵浦場(chǎng)的拉比能量、Fano 干涉強(qiáng)度、相對(duì)相位以及探測(cè)場(chǎng)失諧量對(duì)吸收譜線的影響。結(jié)果表明，兩個(gè)場(chǎng)的放大可以通過(guò)改變這些參量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　 4、利用電子

5、波函數(shù)的概率幅方程分析了兩個(gè)耦合量子阱四能級(jí)系統(tǒng)中的非線性光學(xué)反應(yīng)并得到兩弱場(chǎng)極化率的解析表達(dá)式，基于系統(tǒng)產(chǎn)生的較大交叉Kerr 非線性實(shí)現(xiàn)了兩量子比特的偏振量子相位門，其中，二進(jìn)位量子信息是通過(guò)探測(cè)場(chǎng)和信號(hào)場(chǎng)的偏振自由度來(lái)標(biāo)示的。
　　 5、利用囚禁在雙模共振腔中的非對(duì)稱耦合雙量子阱結(jié)構(gòu)中的Fano 干涉效應(yīng)研究了兩腔模間糾纏的產(chǎn)生和演化，這與先前在原子介質(zhì)中通過(guò)外部強(qiáng)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)來(lái)研究糾纏有所不同。結(jié)果顯示，F(xiàn)ano 干涉強(qiáng)度可以