正切平方勢量子阱的光整流特性

牛牧文，李學超，葉純寶，張糧成

(安徽理工大學 力學與光電物理學院，安徽 淮南232001)

低維半導體材料因其豐富多樣的光電特性，一直在非線性光學領域中受到廣泛的研究[1-7]。傳統(tǒng)塊體材料由于具有對稱的晶體結構，非線性效應較弱，而低維半導體材料則因其量子尺寸效應，使其具有離散的能級，從而表現(xiàn)出較強的非線性光學效應[8-10]。同時，隨著分子束外延技術、金屬有機氣相沉積[11-12]等晶體生長技術的發(fā)展，人們已經(jīng)能夠研制出多種形式的納米半導體結構，使得在實驗條件下可以實現(xiàn)這些非線性光學效應[13]。良好的非線性光學特性在光學存儲器、高速電光調制器、遠紅外激光器等光電器件中有著廣泛的應用[14-16]。在過去幾年中，Bahramiyan 研究了電場和雜質對雙錐形量子點光整流特性的影響，結果表明外加電場且施放雜質位置的不同，對系統(tǒng)的光整流特性具有顯著影響[17]。劉光輝等研究了球形圓頂半導體納米殼中的非線性光整流特性，研究發(fā)現(xiàn)隨著截止角度的增加，非線性光整流的幅度增大且其共振峰位置沒有隨入射光子能量的變化而改變[18]。雖然人們對低維結構的非線性光學性質的研究愈來愈深入，尤其是在光整流特性方面做了許多工作，但是對于具有正切平方勢量子阱中的非線性光學特性的研究尚少。

本文主要聚焦于研究具有正切平方勢量子阱中的非線性光整流特性。在有效近似條件下，通過求解系統(tǒng)薛定諤方程，得到系統(tǒng)能級與波函數(shù)。運用密度矩陣與迭代法推導出了系統(tǒng)的光整流系數(shù)的表達式。使用典型的GaAs/AlGaAs 半導體材料進行數(shù)值模擬，討論了系統(tǒng)中有關參數(shù)的變化對量子阱光整流特性的影響，希望可以為研制新型光電器材提供一定理論依據(jù)。

1 基本原理

考慮電子被束縛在限制勢為正切平方勢中，運用有效質量近似，系統(tǒng)沿y 方向的薛定諤方程可表示成如下形式[19]：

利用密度矩陣理論以及迭代法，能夠推導出正切平方勢量子阱系統(tǒng)的光整流系數(shù)。假設系統(tǒng)在電磁場E(t)=～Eeiωt+～Ee-iωt的作用下，密度矩陣ρ

2 分析與討論

圖1 不同V0時光整流系數(shù)隨入射光能量?ω 的變化圖

圖2 不同V0時幾何因素M201δ01 的變化圖

圖3 不同d 時光整流系數(shù)隨入射光能量?ω 的變化圖

圖4 不同d 時幾何因素M201δ01 的變化圖

3 小結

本文主要研究了具有正切平方勢量子阱中的光整流特性。結果表明在系統(tǒng)其他物理參數(shù)不變的情況下，當分別調節(jié)受限勢的高度V0以及寬度d 時，量子阱的光整流系數(shù)隨入射光子能量變化的規(guī)律。結果表明系統(tǒng)的光整流系數(shù)隨著V0的增加而減小，并出現(xiàn)藍移現(xiàn)象；隨著d 的增加反而增大，并出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。