固态光学腔量子系统中三阶光学非线性及其调控

论文摘要

根据腔量子电动力学,我们知道当使用由类似于光波大小的介质形成的微小腔结构时,可以改变原始光场分布。从而实现物质与光场之间相互作用的调节。克尔非线性效应在量子信息处理和光学切换领域具有很大的应用前景。光学克尔效应属于三阶非线性效应。可以实现克尔非线性系数的增强并进行调控,这对于增加通信中的信息带宽是必不可少的,还可以降低信息处理器中的功率损耗。在各种光学效应中,克尔非线性效应是一个重要因素,因为它在许多领域具有非常重要的应用价值。例如在光学相位调制、折射率调制方面有出色的表现,这些调制可以用在光通讯,光存储,光学计算和信息处理等一些非常有前景的技术中得到应用。本文主要研究的是固态光学腔量子系统中的三阶光学非线性,更确切的说是研究克尔非线性的增强和调控。主要内容有:（1）以J-C模型为例,介绍了光与原子相互作用的全量子理论,并通过薛定谔和相互作用表象得到了系统的哈密顿量。并给出了海森堡一朗之万运动方程的求解方法。（2）构建了一个光子晶体缺陷腔中半导体量子点和金属纳米颗粒杂化系统与探测光相互作用模型,依靠金属纳米颗粒表面等离子作用,使探测光的克尔非线性效应得到了巨大的增强,而一阶和三阶的吸收都很小。并且在弱耦合情况下,可通过改变相关参数,如改变量子点与金属纳米颗粒之间耦合强度等参数来有效调控克尔非线性效应的增强效果。（3）在弱激发近似下,利用微扰技术导出了确定非线性传输系数的解析公式,对线性和三阶光学非线性效应对系统参数的影响进行了详细的平均场分析。与单个损耗腔相比,在目前的量子点增益腔系统中,线性传输在弱探测输入场中表现出一个强放大传输峰,而且即使在量子点和增益腔之间的弱耦合情况下,也能有效地获得高线性传输和可忽略非线性吸收的大增强克尔非线性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 固态光学微腔的简介
•   1.3 量子点
•   1.4 金属纳米颗粒
•   1.5 表面等离子体激元
•   1.6 本论文的主要工作
• 第二章 理论基础与工具
•   2.1 光与物质相互作用的量子理论
•     2.1.1 光与二能级原子相互作用的哈密顿量
•     2.1.2 光与原子相互作用的全量子理论
•   2.2 海森堡一朗之万运动方程
• 第三章 表面等离激元诱导增强光学克尔非线性
•   3.1 引言
•   3.2 理论模型与基本方程
•   3.3 数值结果与讨论
•   3.4 本章小结
• 第四章 弱激发下量子点与增益腔耦合系统的克尔非线性增强
•   4.1 引言
•   4.2 理论模型和基本方程
•   4.3 数值结果和讨论
•   4.4 本章小结
• 第五章 论文总结及展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张卿雅

导师: 杨文星

关键词: 克尔非线性,表面等离子体激元,半导体量子点,增益腔,弱激发限制

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 东南大学

基金: 江苏省自然科学基金(7707020024)

分类号: O431.2

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.001068

总页数: 59

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