半导体量子点中激子和激子复合体非线性光学性质研究

采用少体物理的计算及分析方法，使两体相互作用和跃迁矩阵元具有解析表达式，极大地简化半导体量子点中激子和激子复合体的计算工作，从而研究半导体量子中激子和激子复合体的非线性光学效应。在超球谐价电子原子理论或谐振子乘积基的精确对角化方法的基础上，建立半导体量子点中激子和复合激子系统的模型理论，求解系统满足的动力学方程，发展分析半导体量子点激子和激子复合体波函数的方法，从中获得低激发态到基态的跃迁矩阵元，进而研究中心对称限制势量子点（包括量子环）中激子和激子复合系统的线性和三阶非线性光吸收系数。通过引入外电场消除限制势的对称性，或引入非对称限制势，研究非中心对称量子点（包括量子环）中激子和激子复合体的电场效应、二阶非线性光整流系数、线性和三阶非线性光吸收系数。揭示量子尺寸大小、限制强度大小和外场强度对半导体量子点中激子和激子复合体非线性光学特性的影响机制。

在有效质量近似下，采用精确对角化、变分和密度矩阵近似方法，研究半导体量子点中激子和激子复合体的线性和非线性光学性质。在谐振子乘积基和变分波函数的基础上，建立半导体量子点中激子和复合激子系统的模型理论，求解系统满足的动力学方程，发展分析半导体量子点激子和激子复合体波函数的方法，从中获得低激发态到基态的跃迁矩阵元，进而研究中心对称限制势量子点（包括量子环）中激子和激子复合系统的线性和三阶非线性光吸收系数及折射系数。研究发现量子点尺寸大小、限制强度大小、氢压、温度和外电磁场强度对半导体量子点中激子和激子复合体线性和非线性光学特性有强烈影响。通过引入外电场消除限制势的对称性，或引入非对称限制势，研究非中心对称量子点（包括量子环）中激子和激子复合体的电场效应、二阶非线性光整流系数、线性和三阶非线性光吸收系数。研究发现半导体量子点中激子的二阶非线性整流系数可以达到10^-2m/V，比量子阱中激子高3--4个数量级。研究还比较了激子复合体和相同条件下的激子光学性质，发现当引入一个或两个附加带电荷粒子可以大大加强量子点的非线性光学强度。研究了杂质和磁场对量子环光学性质的影响，发现相对量子点，这些新的低维量子系统会出现一些新的性质：如光学Aharonov-Bohm效应。