基于纳米结构的新型太赫兹波源

Much attention is paid in nanostructure for its widespread application such as in electronics,spin electronics,quantum optics and quantum communication.Therein, terahertz wave based on nanostructure is a novel point. In this program, we are interested in two aspects of the characters of optical nanosystem. First, controlling of terahertz radiations basing on Bose-Einstain condensation in optical microcavity. Second, tailoring of the selection rule and optical activity of terahertz radiations in coupled quantum dots. we aimed to better understand the physics picture of optical system of nanostructure, and provide basic study of the terahertz source.

纳米结构在电子学、自旋电子学、量子光学和量子通讯等领域具有重要的应用价值。其中，基于半导体纳米结构的太赫兹波研究引起浓厚的研究兴趣。在本项目中,我们将对纳米结构新奇的物理特性展开两个方面的研究：1．基于半导体光学微腔玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的太赫兹波调控。2．基于半导体量子点的太赫兹波辐射谱选择定则和偏振特性的调控。通过这些研究，增加对纳米光学系统的物理特性的理解，为纳米结构在新型太赫兹波源研制方面的应用提供研究基础。

本项目按计划完成了基于量子点、量子微腔光学系统的量子动力学机制研究。主要完成了两方面要点研究：一、基于半导体光学微腔玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的太赫兹波产生量子机制及其性质调控研究。研究了半导体量子微腔中BEC的动力学机制以及伴随BEC的太赫兹波产生理论模型及其辐射特性调控。研究表明量子微腔BEC可以是有效的太赫兹波产生机制。二、基于半导体量子点的太赫兹波辐射谱选择定则和偏振特性及其调控研究。1）深入研究了耦合量子点二能级系统高次谐波（HH）和超拉曼(Hyper-Raman,HR)辐射的量子机制；发现并解析证明了该系统辐射谱的选择定则；提出一种新颖的基于二能级量子系统时间对称性破缺的太赫兹波产生及其性质调控理论模型[Optics Express, 21(18), 21349(2013)]。该理论模型揭示了基于超拉曼辐射过程的太赫兹波辐射模式选择定则的深层量子机制，并可解释已报道的一系列由于系统时间对称性破缺引起的谐波产生实验结果。2）数值研究了耦合量子点对称三能级系统高次谐波和超拉曼辐射旋光特性及其调控，结合所设计耦合对称三能级系统的特定宇称态，解释该系统辐射旋光性与辐射强度变化规律呈现相同周期现象，发现并解析揭示了该系统太赫兹辐射的旋光规律。通过本项目研究，增加对纳米光学系统的物理特性的理解，为后续基于纳米结构的新型太赫兹波源进一步研究提供理论支持。