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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。