收藏本站
《华中科技大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于量子点的超快极化全光开关及慢光特性研究

郁春潮  
【摘要】:全光通信一直以来是人们的梦想。它能突破当前光通信中必须使用部分电子器件而使得光通信速度受限即电子瓶颈的限制。这其中存在这两个技术难点:全光开关和全光缓存。量子点材料的出现,为人们解决上述问题提供了可能。本论文基于量子点的激子强限制作用及强非线性等特性,设计超快全光开关,研究量子点的慢光特性,为解决光通信中的电子瓶颈问题提供可能方案。主要工作包括以下几个方面。 (1)研究了量子点的金属气相沉积(MOCVD)生长技术。探讨了量子点的生长方法和生长工艺。研究了生长温度、沉积速率、沉积厚度、Ⅴ/Ⅲ流量比、覆盖层等条件对量子点生长的影响。通过实验优化了量子点的生长。初步得出了最佳生长条件为生长温度500℃、沉积速率0.074ML/s、沉积厚度1.7ML、Ⅴ/Ⅲ流量比为10。量子点密度达到5×109/cm2。 (2)设计了一种基于量子点的超快极化全光开关。利用传递矩阵方法计算了光开关的反射谱和对比度。分析了光开关对比度与控制光强的关系。分析了量子点驰豫速率即温度对光开关的影响。分析了量子点非均匀展宽对光开关对比度的影响。该光开关的对比度在不考虑非均匀展宽时,100周期量子点布拉格结构的光开关在泵浦光强为0.5MW/cm2可以达到930(30dB);考虑非均匀展宽为20meV时,200周期量子点布拉格结构的光开关在泵浦光强为0.5MW/cm2可以达到350(25dB)。该光开关的理论开光时间可达ps量级。常温下工作稳定性,工作功率,对比度等参数优于同类型的量子阱光开关。 (3)研究了量子点中基于电磁感应透明的慢光。分析计算了量子点中双激子-激子级联系统中基于电磁感应透明的慢光。通过求解稳态下的密度矩阵方程,我们获得了量子点中双激子-激子级联系统中电磁感应透明频谱烧孔。分析了泵浦光强、双激子驰豫速率对吸收谱的影响,计算了系统的折射率色散。最后分析了双激子能量重整化对系统吸收谱和慢光系数的影响。发现在不考虑双激子能级重整化时,慢光系数可达到3000;考虑重整化时,慢光系数减小为2500,且需要更大的泵浦光强。研究表明,由于双激子和激子在量子点中受到较强的限制作用,激子和双激子的寿命也较长、驰豫速率较小,同量子阱相比,具有更好的温度稳定性。期望可以在室温下观察到该现象。是常温下实现慢光的又一途径,可用于实现光缓存。另外,我们还通过密度矩阵理论理论研究了双量子点中“Y”型能级结构中的慢光。该系统最突出的特点是可以实现双窗口慢光。我们分别在每个窗口获得0.002c和0.01c的慢光。而且,慢光的速度和带宽都可以通过外加电压来调节。该系统除了用来做光缓存器外,也可用来设计可调光开关、可调光陷波器等,具有较好的开发前景。 (4)研究了量子点中非电磁感应透明慢光。首先,我们分析计算了量子点在共振激发下,通过改变控制光强可实现从快光到慢光的连续转换。基于我们建立的简单二能级结构模型,采用密度矩阵方法计算了InGaAs/InGaAsP量子点的一阶和三阶吸收系数和折射率。我们研究了量子点中共振能量0.85eV附近的慢光和快光现象。当入射光强度小于临界强度时,量子点显示出快光特性,它起源于量子点的一阶吸收。当入射光强度超过临界强度时,量子点由于存在较大的三阶非线性而呈现出慢光特性。我们证明了量子点中的快光和慢光效应。它可能用于光通信中。接着,我们分析计算了非对称双量子点系统中基于双吸收的慢光特性。在两量子点共振频率的中间,显示出相对低折射率色散、宽带宽、适宜于光通信的特性。两量子点的共振频率的差异决定了慢光系数、吸收率和带宽。系统的带宽可以达到60G,并且信号光在1mm长度的色散材料中,相对于在真空中传输可以延迟许多脉冲宽度。模拟了光信号在其中的传输。信号光的延迟可以通过泵浦光强度来调制。 总之,本论文研究了基于量子点的超快极化全光开关和慢光,对未来实现全光通信具有一定的借鉴意义。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN929.1

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王天琪;俞重远;刘玉敏;芦鹏飞;;有限元法分析不同形状量子点的应变能及弛豫度变化[J];物理学报;2009年08期
2 唐逾;;可全彩显示的量子点材料在英国问世[J];功能材料信息;2009年02期
3 刘炜;;一种新型红外探测器的介绍——量子点红外探测器[J];科技信息(学术研究);2007年06期
4 王占国;半导体材料研究的新进展[J];半导体技术;2002年03期
5 贺蓉,田红叶,古宏晨;不同溶剂中制备单分散量子点[J];上海交通大学学报;2005年11期
6 刘玉敏,俞重远,杨红波,黄永箴;异质外延自组织量子点弹性应变场分布的研究[J];功能材料;2005年08期
7 刘玉敏;俞重远;杨红波;黄永箴;;GaN/AlN自组织平顶金字塔量子点的应变场分布[J];光电子.激光;2006年04期
8 肖虎;孟宪权;朱振华;金鹏;刘峰奇;王占国;;二次退火制备Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点[J];人工晶体学报;2010年03期
9 吴巨,王占国;InAs/GaAs量子点材料和激光器[J];微纳电子技术;2005年11期
10 谢二庆,王志光,金运范;离子注入制备量子光电材料的研究[J];原子核物理评论;1998年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李烨;涂洁;;砷化镓量子点太阳电池及材料的研究现状[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
2 杨杰;杨宇;;溅射自组装Ge/Si量子点的生长和演变研究[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
3 王宝瑞;徐仲英;孙宝权;姬扬;孙征;Z.M.Wang;G.J.Salamo;;InGaAs/GaAs量子点链状结构光学性质的研究[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
4 刘鹏强;王茺;杨宇;;Si表面生长Ge量子点的研究进展[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
5 徐章程;张雅婷;J M Hvam;;亚单层InGaAs/GaAs量子点异质结和激光器[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
6 朱俊杰;;量子点表面功能化与光电化学传感[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
7 张学贵;王茺;杨杰;鲁植全;潘红星;李亮;杨宇;;离子束溅射自组装生长Ge/Si量子点浸润层的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
8 徐凯宇;唐珺;;GaN量子点压电性能的分子力学模拟[A];现代数学和力学(MMM-XI):第十一届全国现代数学和力学学术会议论文集[C];2009年
9 吴雪梅;陈静;诸葛兰剑;姚伟国;;半导体量子点材料中的量子限域效应的研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
10 胡晓琳;庄乃锋;章永凡;陈德贤;陈建中;李俊篯;;纳米氮化镓的制备、光学性质与理论模拟[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;Cyberlux收购SPE 获全球封装专利权[N];电子资讯时报;2006年
2 本报记者 张强;新一代光电子器件:让网络速度更快捷[N];科技日报;2007年
3 薛黎;中国高新技术与国际水平日趋缩小[N];上海证券报;2007年
4 鸿宾 亚南;ON-DATA推出“U静谷”结构全新光驱[N];中国机电日报;2000年
5 记者 陈超;森林对环境的影响主要在林冠[N];科技日报;2003年
6 陈磊;科学的光芒是美丽的[N];科技日报;2004年
7 记者陈欣然 通讯员李贤;天大科研成果被《自然》中国网站选为研究亮点[N];天津教育报;2010年
8 ;本市开展打击不良“口袋本”专项行动[N];北京日报;2004年
9 黄光文;华能为库区群众新农合埋单[N];云南日报;2008年
10 记者 白贵云;哈密:800余张平安保险卡发放到农民工手中[N];哈密报(汉);2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郁春潮;基于量子点的超快极化全光开关及慢光特性研究[D];华中科技大学;2013年
2 龚明;量子点光学性质的经验赝势计算[D];中国科学技术大学;2010年
3 王东林;半导体微纳结构性能的研究及优化[D];北京邮电大学;2013年
4 常树全;水溶性量子点的γ射线辐照制备及其生物效应研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 张奎;量子点光学传感器的设计及其对痕量有害物质的可视化检测[D];中国科学技术大学;2011年
6 万真;Ⅱ-Ⅵ族复合结构量子点的微反应合成及工艺研究[D];华东理工大学;2011年
7 朱栋;锰掺杂硒化锌等荧光量子点的制备及应用[D];南京大学;2011年
8 高雪;掺杂型量子点在生物医学检测和疾病诊断方面的应用研究[D];吉林大学;2013年
9 沈冉;强荧光量子点的合成、性质及其在生物标记方面的应用[D];中国科学技术大学;2013年
10 张鹏飞;量子点荧光纳米材料的制备、表征及其生物医学检测应用[D];浙江大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周东波;量子点的合成与水溶性修饰及动态行为观察[D];西南大学;2010年
2 匡芮;水性量子点的制备及其作为双酚A分析探针的研究[D];华中农业大学;2010年
3 李小花;新型量子点的制备及其应用[D];陕西师范大学;2010年
4 徐昕;水溶性量子点的制备及性能研究[D];上海交通大学;2011年
5 杨淑平;新型核壳量子点的制备及在生物传感器中的应用研究[D];江南大学;2012年
6 郑羡诺;基于细胞芯片平台的量子点细胞毒性研究[D];复旦大学;2010年
7 范艳红;硫化锌及其掺杂量子点的制备、修饰及性能研究[D];武汉理工大学;2012年
8 戎晓龙;气态前驱体水相合成量子点及其在药品分析中的应用[D];苏州大学;2012年
9 王彬彬;金属硒硫三元化合物及磷化铟量子点的合成与表征[D];合肥工业大学;2012年
10 李晓敏;新型水溶性荧光碳量子点的制备及其性质研究[D];河南师范大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026