半导体量子点-金属纳米粒子复合系统中非线性光学特性研究

The semiconductor quantum dots have significant nonlinear optical effects, which has important applications in coherent light source, optical frequency conversion, laser protection and all-optical communications and so on. In this project, we will focus on two aspects:(1) the (single) semiconductor quantum dot - (single) metal nanoparticle coupling system will be prepared. The quantum model will be built.The adjustable quantum dot-metal coupling system will be systematically researched under different conditions(geometry, system size).The special exciton dynamics of quantum dot-metal coupling body can be explained, and the physical mechanism will be discussed, which the localized plasmons significantly enhanced the nonlinear optical effects of semiconductor quantum dot.The physical way to control the nonlinear optical effects of quantum dot will be studied. (2) The quantum dot-metal coupling model of tunable nonlinear optical effects are fromed in a different combination.And the (single) semiconductor quantum dot-(two or more) metal nanoparticles coupled system will be discussed.The effective ways to enhance the nonlinear optical effects of semiconductor quantum dots will be explored, such as optical absorption and harmonic effects,and the semiconductor quantum dots of tunable nonlinear optical effect will be studied.

半导体量子点具有显著的非线性光学效应，其在相干光源、光频转换、激光防护和全光通信等方面有着重要的应用价值。本项目将开展以下两个方面的研究：（1）以（单个）半导体量子点-（单个）金属纳米粒子耦合系统为研究对象，建立耦合系统全量子化模型，通过对不同条件下（几何结构、体系尺度）的可调量子点-金属耦合系统的研究，解释金属表面等离激元作用下量子点-金属耦合体中独特的激子动力学过程，包括金属表面等离激元显著增强半导体量子点非线性光学效应的物理机制，探索物理方法调控量子点非线性光学效应的有效途径。（2）以不同的结合方式形成非线性光学效应可调的量子点-金属耦合体系，主要以（单个）半导体量子点-（两个或多个）金属纳米粒子耦合系统为研究对象，探索增强半导体量子点光吸收、谐波效应等非线性光学效应的有效途径，并研究可调控光吸收、谐波效应等非线性光学效应的半导体量子点系统。

低维纳米材料具有显著的非线性光学特性，其在相干光源、光频转换、激光防护和全光通信等方面有着重要的应用价值。本项目对不同构型低维半导体材料非线性光学性质进行了深入探究，构建了不同形状半导体量子阱和量子点系统的全量子理论模型，通过有限差分数值分析了半导体量子阱、量子点结构参数、环境媒质，以及外加电场、磁场、温度、压力对系统非线性光学性质的影响，以及有效调控的物理机制。同时，构建耦合半导体量子阱系统理论模型，应用密度矩阵和迭代的方法推导出耦合量子阱的非线性光吸收、光折射、光整流、二次谐波和三次谐波表达式，同时应用有限差分数值方法获得耦合系统的能级和波函数。以及通过外加电场、磁场、温度、压力等外场实现对耦合系统非线性光学性质的有效调控。为基于半导体量子阱、量子点非线性光学器件的研发提供理论指导，同时对理解低维纳米材料非线性光学的物理机制有着重要的学术意义。