【摘 要】
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半导体量子阱作为一种新型半导体纳米材料,在组建高集成电路、构造全光网络和实现高效光互连等方面具有重大意义。半导体量子阱结构设计灵活、易于调控、便于集成,相较于原子系统具有更广阔的前景。于是很多在原子结构系统中实现量子相干效应的研究向半导体量子阱等固态量子系统中拓展,量子阱材料已经成为研究量子相干等效应的优质材料。近年来,基于半导体量子阱结构实现的可控电磁诱导光栅受到了研究者的广泛关注,与传统光栅相
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半导体量子阱作为一种新型半导体纳米材料,在组建高集成电路、构造全光网络和实现高效光互连等方面具有重大意义。半导体量子阱结构设计灵活、易于调控、便于集成,相较于原子系统具有更广阔的前景。于是很多在原子结构系统中实现量子相干效应的研究向半导体量子阱等固态量子系统中拓展,量子阱材料已经成为研究量子相干等效应的优质材料。近年来,基于半导体量子阱结构实现的可控电磁诱导光栅受到了研究者的广泛关注,与传统光栅相比,这种光栅可以实现对光束的高效精准调控,具有更大的灵活性和可操控性,它在发展新型光电器件及改善光通信方面具有卓越的表现。本文针对半导体量子阱系统,用驻波场取代电磁诱导透明机制下行波场,利用拉曼增益效应,实现了一维和二维电磁诱导光栅。此光栅为增益光栅和相位光栅的混合,不同于基于电磁诱导透明的其它光栅,它不仅可以有效地将探测场衍射到高阶方向上,同时也能放大高阶衍射强度,极大地提高了衍射效率。通过具体分析各个可控参数对探测场衍射的影响,确定出使各衍射级强度达到最佳值的条件,实现了对衍射光场的动态有效调控。本论文首先对半导体量子阱研究的发展趋势进行阐述,介绍了半导体量子阱的结构和特性,简述了基于量子相干效应的电磁诱导透明、电磁诱导光栅现象的发展现状,并且对本文研究所需的相关的理论进行了详细介绍。然后在四能级非对称半导体量子阱结构中建立了理论模型,利用垂直于探测场的一维驻波场,构造了一维电磁诱导光栅,分析了光栅中的振幅和相位的调制作用。研究表明这种光栅不仅对零阶衍射强度有放大作用,而且能将所有高阶衍射强度整体放大。此外,还可以通过调节可控参数,使衍射场在实现放大效果的同时呈现出均匀的分布,这对实现高效率的放大型分束器极具意义。最后将驻波拓展到二维,详细分析了各项参数对衍射强度分布的影响,适当选取参数,控制二维光栅的衍射分布,获得高衍射效率的二维光栅。与其它系统相比,本文的系统在高阶衍射上转换效率更高,可动态控制光场衍射强度,对各阶衍射强度的调控更为精准。本文基于半导体量子阱结构实现高衍射效率的电磁诱导光栅的研究,在光栅衍射成像、新型量子器件、全光信息处理、量子通信等方面具有应用价值。
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