半导体微结构中光学特性及光学稳态行为的量子调控

In the past decades, lots of interesting optical phenomena based on quantum coherence have attracted considerable interests for the optical properties of the media can be greatly changed due to the quantum coherence and interference. Many interference effects are mostly predicted and observed first in the atomic media, however, for their potential applications, solid-state media seem more valuable and worth researching and pursuing. In this project, we have mainly investigated coherent optical properties, optical bistability and multistability in semiconductor microstructures using the semi-classical theory of light-matter interaction. As a result, our studies may be with some reference value for the developments and applications of optical information storage and retrieval,fast all-optical switches, optical transistors, memory elements as well as quantum information processing technologies in these solid-state systems because of their flexible designs and the controllable interference effects.

由于量子相干和干涉效应能够使介质的光学特性发生显著的改变，过去几十年里，基于量子相干的诸多有趣的光学现象引起了人们广泛的研究兴趣。许多量子相干效应多是首先在原子气体介质中被预见并观测到的，但是对于潜在应用而言，全固态系统方案显然更具研究价值，也更值得追求和探索。在本项目中，我们主要运用光与物质相互作用的半经典论对半导体微结构中相干光学特性、光学双稳态以及多稳态进行研究。由于这些固态结构系统易于设计以及其中的量子干涉效应更具可控性，因此我们的研究将对固态系统中光信息的存储和提取、高速全光学开关、光学转换器、记忆存储元件以及量子信息处理技术的研发和应用具有一定的参考价值。

半导体微结构因其独特的结构和优异的性能而成为量子光学及激光物理等相关领域的一个研究热点。基于相干操纵原子分子动力学行为的理论框架，结合半导体微结构在实际应用中的优势，本项目主要开展了半导体微结构中相干光学特性、光学双稳态以及多稳态方面的研究。利用量子相干效应，探讨了半导体量子阱中实现光学双稳态和多稳态的可行性方案；基于隧穿诱导透明，研究了半导体量子点系统中产生光学双稳态的有效机制；借助非相干场和驻波场，探寻了半导体微结构中实现光学特性控制的有效方案。圆满完成了该项目的所有任务。我们的研究成果将为固态系统中光信息的存储和提取、高速全光学开关、光学转换器、记忆存储元件以及量子信息处理技术的研发和应用提供一定的参考价值。