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动态耦合腔中的光子-光子相互作用
摘要： 我们从理论上研究了非线性腔中两个光子之间的相互作用。通过外部调控与另一个强输出耦合腔模的耦合，对输入输出耦合进行有效调谐，使光子被吸收进该腔。这种"动态耦合"腔（可利用体χ(2)和χ(3)非线性实现）能在控制时长与波包持续时间相近时，以高保真度将入射光子波包吸收进腔内。此外，该构型可规避被动腔延迟带宽积对光子相互作用时间的限制，并能消除色散腔传输反射导致的波包畸变。我们考虑了三种非线性机制：两种源自χ(2)和χ(3)材料，另一种源于与二能级发射体的相互作用。为分析少光子波包的输入输出，采用薛定谔绘景形式体系将行波场离散化为无限小时间仓。研究表明动态耦合腔能有效提升依赖腔增强光-物质相互作用的量子器件性能（如单光子源和带光接口的类原子量子存储器）。例如，模拟结果表明利用所研究的任意非线性相互作用均可构建高保真双量子比特纠缠门。
关键词： 动态耦合腔、光子-光子相互作用、量子器件、双量子比特纠缠门、非线性腔
更新于2025-09-19 17:13:59
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扶手椅型石墨烯纳米片光电特性中电子-声子与电子-光子相互作用的理论研究——一种重整化方法
摘要： 在本研究中，我们探讨了电子-声子与电子-光子相互作用对由石墨烯纳米片（短扶手椅型石墨烯纳米带）连接两个半无限金属电极构成的纳米体系电子及光电子特性的影响。计算基于非平衡格林函数理论框架，非相互作用哈密顿量采用最近邻紧束缚近似构建，通过引入电子-声子与电子-光子相互作用项获得完整相互作用哈密顿量。经幺正变换后，该相互作用哈密顿量被重整化为包含有效在位能和跃迁参数的非相互作用紧束缚形式，其中已蕴含相互作用效应。基于重整化后的非相互作用哈密顿量，采用Landauer-Buttiker公式计算电子电流。 在此框架下，我们针对不同宽度的石墨烯纳米片作为中心分子构成的纳米体系，分别计算了存在与不存在电子-声子相互作用时的电子电流、态密度(DOS)及光电流。结果表明：电子-声子相互作用会导致态密度峰值数量减少；光电流随纳米片宽度变化呈现与电子-光子耦合强度相关的振荡特性；最后研究了阈值电子-光子耦合强度（即光电流超过弹道输运情形的临界值）对入射光子能量的依赖关系及其随光子能量的增长趋势。
关键词： 最近邻紧束缚近似、朗道-布蒂耶形式体系、阈值电子-光子耦合、幺正变换、电子-声子与电子-光子相互作用、石墨烯纳米片、霍尔斯坦模型、非平衡格林函数
更新于2025-09-12 10:27:22
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多波长氮化镓基表面发射激光器及其设计原理
摘要： 基于氮化镓的垂直腔面发射激光器（VCSELs）通过巧妙设计的非对称InGaN量子阱（AS-QWs）实现了双波长激光运作。两种激光模式展现出完全正相关的偏振依赖特性，其偏振度高达98%。仅需调节泵浦能量即可连续改变激光输出的组分与强度，使该氮化镓VCSELs具备波长选择与切换功能。理论分析与实验测量表明：光学增益强度、有源层与光场的耦合（即电子-光子相互作用）、载流子隧穿效应及光子再吸收过程对多波长激光机制起关键作用。研究还详细阐述了非对称量子阱与多堆叠尺寸渐变量子点（MS-QD）有源区的设计原理，为氮化镓面发射激光器的可控多波长发射提供指导。这些成果不仅深化了对氮化物微腔系统激光机制的理解，更揭示了此类系统中电子-光子耦合的基本问题。重要的是，这种可控多波长激光运作有望将氮化镓VCSELs拓展至传统技术难以实现的领域，如触发器电路、超高速开关，以及拉曼激光器与传感器等功能器件。
关键词： 垂直腔面发射激光器、氮化镓、电子-光子相互作用、多波长激光器、设计原理
更新于2025-09-12 10:27:22
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腔光子诱导的量子点基态间高阶跃迁
摘要： 研究表明，在库仑阻塞状态下，当纳米尺度电子系统与外部引线耦合并置于三维矩形光子腔中时，高阶量子电磁跃迁对于描述其随时间变化的路径至关重要。该电子系统由两个非对称嵌入短量子线中的量子点构成。能量最低的两个自旋简并电子态主要局域于各自量子点中，仅存在极小概率分布于另一量子点。在外部引线存在的情况下，可观测到两个量子点基态间缓慢的高阶跃迁。稳态下光子-光子关联的傅里叶功率谱显示出该缓慢跃迁频率具有法诺型共振特征。研究完整考虑了多能级电子系统的几何构型，通过逐步精确数值对角化及截断相应的多体?？丝占洌砹说缱?电子库仑相互作用以及顺磁/抗磁电子-光子相互作用。所有相互作用的矩阵元均通过解析或精确数值方法计算得出。
关键词： 纳米级电子系统、量子点、电子-光子相互作用、库仑阻塞区、法诺型共振、量子电磁跃迁、三维矩形光子腔
更新于2025-09-11 14:15:04
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利用嵌入微腔中的原子级薄镜实现相互作用诱导的光子阻塞
摘要： 与电磁诱导透明相关的窄亮或暗共振在增强光子-光子相互作用中起关键作用。目前已实现的方案依赖于具有强范德华作用的长寿命原子态。本文表明，通过在微腔内放置具有超快辐射衰减率的原子级薄半导体，可获得透射中极窄的暗或亮共振。虽然平移不变性破缺对暗共振宽度设定了限制，但通过将腔调谐至远离激子跃迁，可获得比腔和本征激子衰减速率更窄且不受无序影响的窄亮共振。即使相互作用强度远小于非马尔可夫无序展宽和本征激子辐射线宽时，该亮共振的共振激发仍能产生强光子反聚束效应。我们的发现表明，具有大激子-腔耦合和小非辐射线展宽的原子级薄半导体，可为实现固态强相互作用光子系统铺平道路。
关键词： 电磁感应透明、光子阻塞、光子-光子相互作用、微腔、原子级薄半导体
更新于2025-09-10 09:29:36
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闪锌矿型拓扑绝缘体中螺旋边缘通道的光学性质：选择定则、圆二色性与线二色性、圆偏振光电流与线偏振光电流
摘要： 我们基于闪锌矿型量子阱，建立了二维拓扑绝缘体中螺旋边缘通道的电子-光子相互作用理论。研究表明，此类结构中空间反演对称性的缺失使得拓扑边缘态的自旋分支间能够产生电偶极光学跃迁。此外，我们还展示了与边缘态相关的线性和圆二色性，以及由辐射偏振控制的边缘光电流的产生。
关键词： 圆二色性、边缘光电流、拓扑绝缘体、电子-光子相互作用、线二色性、螺旋型边缘通道
更新于2025-09-09 09:28:46