固体真实能带结构对超快电致吸收的影响研究

ultrafast electro-absorption is a setup that the transmission and absorption of detective light in solids is modulated by a ultra-short pump laser. It is used to study the transient optics, effective band structure in intense laser, ultra-fast dynamics of carrier et al. According to the general theory of interaction between solids and intense laser, the interaction strength between pump laser and solids can be classified, from weak to strong, as multi-photon regime, dynamic regime and tunneling regime, respectively. For multi-photon regime and dynamic regime, the intensity of pump laser is not so high and only electrons near the center Brillouin zone play effective role in band-band transition. Thus, in these regimes, the real band of solids can be simply replaced by parabolic band. However, in tunneling regime, many recent researches show that the electrons in Brillouin zone are all play important role and the parabolic approximation is no loner valid. Therefore, the real band structure of solids should be considered in tunneling regime. The parabolic band model is still used in present theories. So, it cannot be used in tunneling regime. In this application, the influence of real band structure of solids on ultrafast electro-absorption will be studied.

超快电致吸收是指用超短脉冲激光(通常称为泵浦光)调制固体材料（半导体材料和绝缘材料）对探测光的吸收和透射。可用来研究固体材料在强激光辐照过程中的瞬态光学性质，有效能带，载流子的动力学行为等。根据强激光与固体材料相互作用的一般分类，可将泵浦光与固体的作用强度由弱到强分为多光子区，动态区及光学隧穿区。对于多光子区域和动态区域，由于激光强度不高，参与带间跃迁的主要是位于布里渊中心区域的电子，固体真实能带结构并不重要，可以用抛物型能带替代真实的能带。但当光强很强进入隧穿区域后，近几年的研究都显示这种近似已不适用，此时整个布里渊区域的电子都将起作用。因此在光学隧穿区域必须要考虑固体的真实能带结构。目前对超快电致吸收的研究都是采用抛物型能带近似，因此其无法适用于光学隧穿区域。通过研究固体真实能带结构对超快电致吸收影响，我们可以将超快电致吸收的研究从原先的多光子区域和动态区域扩展到光学隧穿区域。

超快电致吸收可用来研究固体材料在强激光辐照过程中的瞬态光学性质，有效能带，载流子的动力学行为等,是强激光与固体材料相互作用的重要研究方向。 在项目中我们研究了固体真实能带结构对超快电致吸收的影响，研究发现：（1）当激光功率密度不是很高时，可以近似地采用抛物型能带替代固体的真实能带结构，对于超快电致吸收的描述两者相差不大；（2）当激光功率密度很高时，固体的真实能带将对超快电致吸收过程产生很重要的影响。 具体的影响主要体现在：（a）超快吸收谱结构与功率不太高时的吸收谱结构有很大的差别,材料能带远离布里渊中心的部分将起重要作用；（b）固体材料在激光场中的准能带变得和电子的布里渊边界散射过程密切相关，并比功率很小时的准能带复杂很多；（c）在功率密度很高时，固体材料吸收边的等效红移与固体的真实能带结构及布里渊散射过程都有很强的关联。在研究过程中我们还发现，现有的描述超快电致吸收的理论方法有一定的局限性，所采用的Houston波函数只有当带间跃迁过程很弱时才能使用，为此我们探索了一种新的理论方法去研究，这种方法可以处理带间跃迁很强的情况，具有普遍性。