Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια

Στην εργασία αυτή, μελετάμε, τόσο με αναλυτικό όσο και με υπολογιστικό τρόπο, γραμμικά και μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα σε συστήματα ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών GaAs/AlGaAs δύο ενεργειακών υποζωνών, όπου επάγονται διαϋποζωνικές μεταβάσεις, υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Στο πρώτο κεφά...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κοσιώνης, Σπυρίδων
Άλλοι συγγραφείς: Τερζής, Ανδρέας
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:Greek
Έκδοση: 2013
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/6187
id nemertes-10889-6187
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language Greek
topic Ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
Διαϋποζωνικές μεταβάσεις
Επιφανειακή ηλεκτρονιακή πυκνότητα
Διαηλεκτρονιακές αλληλεπιδράσεις
Απορρόφηση
Διασπορά
Οπτικό φαινόμενο Kerr
Μίξη τεσσάρων κυμάτων
Semiconductor quantum wells
Intersubband transition
Electron sheet density
Electron-electron interaction
Absorption
Dispersion
Oprical Kerr effect
Four-wave mixing
537.622 6
spellingShingle Ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
Διαϋποζωνικές μεταβάσεις
Επιφανειακή ηλεκτρονιακή πυκνότητα
Διαηλεκτρονιακές αλληλεπιδράσεις
Απορρόφηση
Διασπορά
Οπτικό φαινόμενο Kerr
Μίξη τεσσάρων κυμάτων
Semiconductor quantum wells
Intersubband transition
Electron sheet density
Electron-electron interaction
Absorption
Dispersion
Oprical Kerr effect
Four-wave mixing
537.622 6
Κοσιώνης, Σπυρίδων
Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
description Στην εργασία αυτή, μελετάμε, τόσο με αναλυτικό όσο και με υπολογιστικό τρόπο, γραμμικά και μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα σε συστήματα ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών GaAs/AlGaAs δύο ενεργειακών υποζωνών, όπου επάγονται διαϋποζωνικές μεταβάσεις, υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια θεωρητική περιγραφή των ημιαγώγιμων ετεροεπαφών. Ακολουθούν βασικά στοιχεία της στατιστικής και κβαντικής μηχανικής. Στο δεύτερο κεφάλαιο, εξάγονται οι γενικευμένες εξισώσεις Bloch για τις διαϋποζωνικές μεταβάσεις σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια, στις οποίες ενυπάρχουν όροι που υπεισάγουν τις μη αμελητέες, λόγω εμπλουτισμού, αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων. Οι εξισώσεις αυτές αποτελούν τη βάση της μελέτης που ακολουθεί. Στα δύο επόμενα κεφάλαια, μελετούμε την αλληλεπίδραση μιας δομής διπλών συζευγμένων ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταβλητής γωνιακής συχνότητας, καταλήγουμε σε αναλυτικές εκφράσεις για τη οπτική επιδεκτικότητα πρώτης, τρίτης και πέμπτης τάξεως και αναλύουμε τα φάσματα διαφόρων οπτικών φαινομένων, ως προς τη γωνιακή συχνότητα του εξωτερικού πεδίου, για διάφορες τιμές της επιφανειακής ηλεκτρονιακής πυκνότητας της κβαντικής δομής. Επιπλέον, προσδιορίζουμε τις περιοχές όπου λαμβάνουν τιμή οι διάφορες παράμετροι, ούτος ώστε στο σύστημά μας να αναδυθεί η οπτική διστάθεια. Στα τρία τελευταία κεφάλαια, θεωρούμε ότι η ημιαγώγιμη κβαντική δομή αλληλεπιδρά ταυτόχρονα με ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (πεδίο άντλησης) καθορισμένης γωνιακής συχνότητας και ένα ασθενές (πεδίο ανίχνευσης) μεταβλητής συχνότητας και μελετούμε τα φάσματα γραμμικών και μη γραμμικών φαινομένων του πεδίου ανίχνευσης (μίξη τεσσάρων κυμάτων, απορρόφηση, διασπορά, μη γραμμικό οπτικό φαινόμενο Kerr), σε στάσιμη κατάσταση, καθώς και τη χρονική εξέλιξη αυτών. Περιγράφουμε τα φαινόμενα τόσο με αναλυτικές εκφράσεις που εξάγουμε, όσο και με την αριθμητική επίλυση των μη-γραμμικών διαφορικών εξισώσεων του πίνακα πυκνότητας που διέπουν τη δυναμική. Στη μελέτη των φαινομένων αυτών, εξετάζεται η επίδραση της επιφανειακής ηλεκτρονιακής πυκνότητας της κβαντικής δομής στις οπτικές ιδιότητες των κβαντικών πηγαδιών.
author2 Τερζής, Ανδρέας
author_facet Τερζής, Ανδρέας
Κοσιώνης, Σπυρίδων
format Thesis
author Κοσιώνης, Σπυρίδων
author_sort Κοσιώνης, Σπυρίδων
title Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
title_short Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
title_full Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
title_fullStr Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
title_full_unstemmed Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
title_sort θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια
publishDate 2013
url http://hdl.handle.net/10889/6187
work_keys_str_mv AT kosiōnēsspyridōn theōrētikēmeletēmēgrammikōnoptikōndiadikasiōnseēmiagōgimakbantikapēgadia
_version_ 1771297136752721920
spelling nemertes-10889-61872022-09-05T04:59:28Z Θεωρητική μελέτη μη-γραμμικών οπτικών διαδικασιών σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια Κοσιώνης, Σπυρίδων Τερζής, Ανδρέας Βάινος, Νικόλαος Βραδής, Αλέξανδρος Γκίκας, Δημήτριος Κουρής, Στυλιανός Μπασκούτας, Σωτήριος Πασπαλάκης, Εμμανουήλ Τερζής, Ανδρέας Kosionis, Spyridon Ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια Διαϋποζωνικές μεταβάσεις Επιφανειακή ηλεκτρονιακή πυκνότητα Διαηλεκτρονιακές αλληλεπιδράσεις Απορρόφηση Διασπορά Οπτικό φαινόμενο Kerr Μίξη τεσσάρων κυμάτων Semiconductor quantum wells Intersubband transition Electron sheet density Electron-electron interaction Absorption Dispersion Oprical Kerr effect Four-wave mixing 537.622 6 Στην εργασία αυτή, μελετάμε, τόσο με αναλυτικό όσο και με υπολογιστικό τρόπο, γραμμικά και μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα σε συστήματα ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών GaAs/AlGaAs δύο ενεργειακών υποζωνών, όπου επάγονται διαϋποζωνικές μεταβάσεις, υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια θεωρητική περιγραφή των ημιαγώγιμων ετεροεπαφών. Ακολουθούν βασικά στοιχεία της στατιστικής και κβαντικής μηχανικής. Στο δεύτερο κεφάλαιο, εξάγονται οι γενικευμένες εξισώσεις Bloch για τις διαϋποζωνικές μεταβάσεις σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια, στις οποίες ενυπάρχουν όροι που υπεισάγουν τις μη αμελητέες, λόγω εμπλουτισμού, αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων. Οι εξισώσεις αυτές αποτελούν τη βάση της μελέτης που ακολουθεί. Στα δύο επόμενα κεφάλαια, μελετούμε την αλληλεπίδραση μιας δομής διπλών συζευγμένων ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταβλητής γωνιακής συχνότητας, καταλήγουμε σε αναλυτικές εκφράσεις για τη οπτική επιδεκτικότητα πρώτης, τρίτης και πέμπτης τάξεως και αναλύουμε τα φάσματα διαφόρων οπτικών φαινομένων, ως προς τη γωνιακή συχνότητα του εξωτερικού πεδίου, για διάφορες τιμές της επιφανειακής ηλεκτρονιακής πυκνότητας της κβαντικής δομής. Επιπλέον, προσδιορίζουμε τις περιοχές όπου λαμβάνουν τιμή οι διάφορες παράμετροι, ούτος ώστε στο σύστημά μας να αναδυθεί η οπτική διστάθεια. Στα τρία τελευταία κεφάλαια, θεωρούμε ότι η ημιαγώγιμη κβαντική δομή αλληλεπιδρά ταυτόχρονα με ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (πεδίο άντλησης) καθορισμένης γωνιακής συχνότητας και ένα ασθενές (πεδίο ανίχνευσης) μεταβλητής συχνότητας και μελετούμε τα φάσματα γραμμικών και μη γραμμικών φαινομένων του πεδίου ανίχνευσης (μίξη τεσσάρων κυμάτων, απορρόφηση, διασπορά, μη γραμμικό οπτικό φαινόμενο Kerr), σε στάσιμη κατάσταση, καθώς και τη χρονική εξέλιξη αυτών. Περιγράφουμε τα φαινόμενα τόσο με αναλυτικές εκφράσεις που εξάγουμε, όσο και με την αριθμητική επίλυση των μη-γραμμικών διαφορικών εξισώσεων του πίνακα πυκνότητας που διέπουν τη δυναμική. Στη μελέτη των φαινομένων αυτών, εξετάζεται η επίδραση της επιφανειακής ηλεκτρονιακής πυκνότητας της κβαντικής δομής στις οπτικές ιδιότητες των κβαντικών πηγαδιών. In this PhD thesis, we study analytically and numerically linear and nonlinear optical phenomena in intersubband transitions of a symmetric GaAs/AlGaAs double quantum well structure, with two energy subbands. In the first chapter, a theoretical description of the semiconductor heterostructures is presented. This is accompanied with a brief analysis of the basic elements of statistical and quantum mechanics follows, as far as this kind of structures is concerned. In the second chapter, we derive the generalised optical Bloch equations in intersubband transitions of semiconductor quantum well structures, which constitute the basis of the analysis that follows. These equations contain terms which owe their presence to the electron-electron interactions, because the quantum structure is doped with electron carriers. In the two following chapters, we consider the interaction of intersubband transitions of a double quantum well structure with an electromagnetic field of varying frequency, we derive analytical expressions for the first, third and fifth order optical susceptibility and, at last, we analyze the corresponding spectra, with respect to the frequency of the external field, for different values of electron sheet density of the structure. Furthermore, we identify the areas of values of the parameters used, in which the phenomenon of optical bistability arises. In the last three chapters, we consider the two quantum well subbands to be coupled to a strong pump electromagnetic field with fixed frequency and a weak probe electromagnetic field of varying frequency and study the spectra of various linear and nonlinear optical phenomena, which are due to the existence of the probe field. More specifically, we examine the spectra of four-wave mixing, absorption, dispersion and the nonlinear optical Kerr effect of the probe field as they evolve in time and in the steady state. Both analytical expressions are derived and numerical results are presented by solving the nonlinear differential density matrix equations that govern the dynamics of the system. In the study of the different kinds of optical phenomena, the influence of the electron sheet density on the spectral shapes is carefully examined. 2013-07-11T07:34:21Z 2013-07-11T07:34:21Z 2012-06-21 2013-07-11 Thesis http://hdl.handle.net/10889/6187 gr Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 12 application/pdf