抛物型量子点的非线性光学整流研究

*赵 庄，李学超，张粮成

（安徽理工大学力学与光电物理学院，安徽，淮南 232001）

0 引言

非线性光学是现代光学的一个分支，其主要内容是研究在强相干光作用下介质产生的非线性现象以及与其相关的应用[1]。研究非线性光学对激光技术、光谱学的发展以及物质结构分析等都有重要意义。自首次观测到非线性光学效应二次谐波产生至今，经过短短几十年的理论和实验研究，非线性光学在基本原理研究、新效应的发现和应用及新型非线性材料探索方面都已取得了巨大的发展，并随着研究的深入在许多交叉学科领域也得到了广泛的开发和应用[2-3]。

随着科学技术的不断发展，纳米制造技术也有显著进步。近年来，半导体量子点、量子线和量子阱、等低维量子结构一直是广泛研究的课题。它们可以看作是光电子器件的天然候选材料，并且在目前的磁场和电场等不同场合得到了广泛的研究[4]。众所周知，由于强量子约束效应的存在，低维量子系统中的非线性效应可以比块状材料中的非线性效应更显著地增强，这对于新兴的微电子和光电器件的演化至关重要。

对QDs 的线性和非线性光学性质有影响的重要因素有温度、静水压力、外加电场和磁场以及强激光场[5-6]。近年来，半抛物型QDs 由于其不同寻常的电子和光学特性以及可能的实际应用引起了人们的广泛关注。然而温度、静水压力和外加磁场对AlGaAs/Ga 半抛物型QDs 非线性光学性质的综合影响的系统研究迄今尚未得到全面的研究。因此，这一领域的研究在理论上和实际应用中都是非常有意义的[7]。

我们的目的是研究量子点中的约束以及电场和磁场对OR 系数的影响。本文的组织结构如下：在第1 节中，利用有效质量近似得到了电子态的本征函数和本征能，并利用紧凑密度矩阵方法和迭代方法导出了OR 系数的解析表达式。第2 节给出了GaAs/AlGaAs 抛物型量子点的数值结果和讨论。通过分析可以发现，考虑量子点中电场磁场以及半径和宽度的影响，可以使得OR 系数提高。第3 节作了简要总结。

1 理论推导

1.1 电子波函数及能量本征值

1.2 OR 系数

2 结果和讨论

图1 当量子点半径R 取不同的值时，光整流系数随入射光的能量的变化情况（F=4KV/cm，L=3 nm，B=4T）Fig.1 When the quantumdot radiusRtakesdifferentalues,the li ghtrectification coefficientchangeswiththe energy of the incident light（F=4KV/cm,L=3nm,B=4T）

图2 当外加磁场取不同的值时，光整流系数随入射光的能量的变化情况（F=4KV/cm，L=3nm，R=12nm）Fig.2 When the external magnetic field takes different values, the variation of the optical rectification coefficientwith the energy of the incident light（F=4KV/cm,L=3nm,R=12nm）

图3 当电场振幅取不同的值时，光整流系数随入射光的能量的变化情况（B=4T，L=3nm，R=12nm）Fig.3Whentheelectric field amplitudetakesdifferent values,thelightrectification coefficientchanges with the energy of the incident light（B=4 T,L=3 nm,R=12 nm）

图4 当量子点宽度L 取不同的值时，光整流系数随入射光的能量的变化情况（F=4KV/cm，R=12nm，B=4T）Fig.4 When the quantum dot width L takes different values,the light rectification coefficientchanges with the energy of the incident light（F=4KV/cm,R=12nm,B=4T）

3 结论