半導體量子點結構的高次諧波輻射特性研究

《半導體量子點結構的高次諧波輻射特性研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由解研擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：半導體量子點結構的高次諧波輻射特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：解研
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

本項目選擇半導體量子點、耦合量子點為研究對象，以新近的有關半導體晶體和量子阱對強雷射場產生高階非線性回響的實驗工作為背景，深入開展半導體量子點結構與強光場相互作用的研究，發現一些基於人造受限系統的獨特的高次諧波輻射特性。建立更加貼近實際物理過程的理論模型，數值模擬載流子的動力學行為，藉助Floquet定理和量子軌跡理論，分析諧波輻射譜的頻率成分並追蹤各量子軌跡的干涉情況，研究各量子效應對高次諧波輻射譜的影響，探究調控輻射頻點、提高輻射效率、改變輻射偏振狀態的方法。研究目標是：區別與聯繫其它物質中高次諧波輻射的產生機制，在抓住共性特徵的基礎上展示量子點結構諧波輻射譜中的新特性，揭示產生特殊頻譜特性和偏振特性的機制，積累控制高次諧波輻射特性的方法，從而加深對量子干涉效應及量子相干調控機制的認識。本項目的研究為半導體量子點結構在太赫茲輻射源的設計以及量子信息工程中的潛在套用提供理論依據。

結題摘要

本項目以半導體量子點、耦合量子點為研究對象，開展半導體量子點結構與強光場相互作用的研究，旨在展示量子點結構諧波輻射譜中的新特性，發現調控輻射頻點、提高輻射效率、改變輻射偏振狀態的方法，揭示產生特殊頻譜特性和偏振特性的機制，深刻理解非線性效應的量子相干的物理本質。 在本項目中，建立了更加貼近實際物理過程的理論模型，細緻研究了強場驅動下，半導體量子點結構諧波輻射的新特性。發展了描述量子點激子體系產生高次諧波的解析模型，研究了帶間躍遷與束縛態間躍遷的耦合作用對高次諧波輻射的影響。研究了量子點高次諧波輻射的偏振特性，自然生長的量子點的不對稱勢給出了各向異性的光耦合通道，驅動場強度的變化帶來了輻射場偏振態發生線偏振與橢圓偏振之間的相互轉換；分析了導致諧波輻射場偏振狀態發生轉變的物理實質，指出了量子干涉效應是產生這一現象的前提條件，闡明了躍遷相干抑制對偏振狀態的改變起到的決定性作用。評估了耦合量子點高次諧波輻射的量子效率，通過調控耦合量子點的空間位置，有效地改變體系的偶極矩，給出了最佳化輻射量子效率的方法。 另一方面，我們還十分關注耦合量子點的一些獨特量子特性，諸如量子隧穿，永久偶極矩等，對諧波輻射特性的影響。研究了耦合量子點結構中電子共振隧穿與Rabi振盪的關聯動力學行為，通過體系的隧穿電流展示了這種複合量子物理過程的動力學特性，指出體系的諧波輻射特性在這種關聯效應的作用下將受到大幅調製。細緻地探究了耦合量子點體系光學吸收和輻射對外場強度和永久偶極長度的依賴關係，闡明了這一非線性效應對諧波輻射量子效率的調控機制。 本項目形成了研究量子點結構與強場相互作用的理論方法，對深刻理解量子干涉效應和量子相干調控機制具有基礎意義。這些新特性和新效應的發現，為半導體量子點結構在太赫茲輻射源的設計以及量子信息工程中的潛在套用提供理論依據。