纳米量子点系统中的超慢光与超快光效应
在近100多年来，对于光是如何通过色散介质的问题已经有了广泛而深入的研究。最近这20年的研究主要集中在那些强色散，同时光脉冲不会变形的介质。电磁诱导透明效应(ElectromagneticallyInducedTransparency，EIT)做为一种可以在减少吸收的同时保持强色散的技术，受到了广泛的关注。在本文中，我们讨论了量子点系统中一种可以产生慢光的方法-声子诱导透明(PhononInducedTransparency，PIT)。由于激子-声子相互作用量子点系统中同样可以得到透明现象，同时还能够得到远强于一般系统的巨克尔效应。PIT不同于普通的三能级中的EIT，如果没有了声子的作用，就没有透明效应。我们同时研究了双量子点系统，使用电压调控量子点间的电子跃迁，可以使克尔系数在正值与负值之间变化。这样，对于实验上比较成熟的量子点系统，包括单量子点、双量子点，都有了理论研究。本文还研究了有机分子薄膜中的线性光学系数，在强泵浦光和弱信号光作用下，讨论了由于电荷转移激子而产生的超快光现象。由于有机分子薄膜易于制备，相信对于今后进一步研究有所帮助。量子计算受环境影响而产生退相干，一直是很棘手的问题。在本文中还讨论了使用磁场来延长自旋-轨道耦合寿命，这对于如何有效遏制退相干和退纠缠指明了方向。
(1)研究了量子点系统中的超慢光现象，量子点中激子类似于二能级系统。结果表明，量子点系统中由于强激子-声子相互作用，能够产生类似于EIT的透明效应，信号光可以穿过介质而不被吸收。同时计算结果显示了信号光的群速度可以被减慢103数量级。在这一系统中，如果没有声子的作用，系统中就不可能产生透明效应，因此我们称为声子诱导透明。我们同时研究了量子点系统中的三阶克尔效应和非线性吸收系数。数学计算表明了，当信号光与激子的失谐为LO声子频率时，比较强的光克尔效应会在系统中产生。
(2)理论上研究了局域场效应对于量子点系统中超慢光效应的影响。我们用光学布洛赫方程求解了含局域场的哈密顿量，并且与不含局域场的结果进行比较。结果显示了，在有局域场的的情况下，透明窗口被展宽，而速度减慢的效果被抵消。随着局域场的增强，群速度减慢的效果会被抵消。我们选择了一些特定参数，发现在这些参数情况下会产生超快光的现象。我们同时研究了克尔效应，在有局域场的情况下，量子点系统中同样存在强的克尔系数。
(3)研究了非对称双量子点中的克尔效应，我们使用外加电场来调控两个量子点之间的电子隧穿，计算结果显示了系统中的克尔系数会随着外加电场大小变化而变化，克尔系数的值可以在正值到负值之间变化。当信号光、耦合光都处于非共振时，计算得到的克尔系数的峰值也比普通系统中要大许多。
(4)我们研究了自旋-声子作用对Debald和Emary提出的量子点系统中的自旋-轨道驱动耦合振荡的影响。结果显示了衰减率和磁场强度、量子点大小以及耦合常数有密切的关系。随着磁场加大，衰减率能够减小到零。计算结果表明选取的量子点尺寸比较大时，衰减率同样会很小。
(5)理论研究了电荷转移激子系统中的线性光学系数，我们发现在这样的系统中信号光的吸收为负值，表明信号光没有被吸收而被放大了。同时，计算得到的折射率斜率以及群速度系数均为负值，表明在这里有超光速的现象。
纳米量子点;超慢光;超快光;光效应;色散介质;电磁诱导透明;克尔效应
上海交通大学
博士
凝聚态物理
朱卡的
2008
中文
TB383
104
2009-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）