参量散射驱动下激子极化激元中半量子涡旋的产生及调控

作     者：毕华蓉 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛艳

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：激子极化激元 半导体微腔 玻色爱因斯坦凝聚 参量散射 半量子涡旋 

摘      要：激子极化激元是一种特殊的准粒子,它是由限制在半导体微腔中的激子(束缚电子空穴对)和光子强耦合形成的。激子极化激元继承了激子和光子的多种优秀特性,包括低有效质量、非线性相互作用以及长程相干性,这使得它在物理研究和实际应用中具有广泛的前景。在半导体微腔激子极化激元系统中,近室温下玻色爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein Condensates BEC)、超流、量子压缩等现象的发现,极大的引起了研究者的兴趣。激子极化激元在不同色散曲线上凝聚所产生的拓扑现象,以及各分支间的参量散射,为深入认识微腔光子性质和构建新型量子光控系统开创了一条新的路径。 本文在半导体微腔激子极化激元玻色爱因斯坦凝聚的基础上,考虑分支间能量相同参量散射过程,建立了系统参数模型,研究了系统所具有的一些特性,并通过设计非共振光和共振光控制方案,实现了半量子涡旋的产生及调控。 首先,本文探讨时空间均匀泵浦场下,上下极化子分支稳态粒子数与泵浦场强度变化的依赖关系,以及参量散射系数对稳态结果的影响,获得了对激子极化激元玻色爱因斯坦凝聚及参量散射性质一般规律性认识。其次通过设计势阱和光场泵浦的幅度和空间形状,在极化激元的各分支得到了两种基本激发:旋向相反的涡旋以及BEC。再次,从信息学的角度,将旋向相反的涡旋对为输入,通过非共振泵浦场和共振光共同的调控,实现了从稳态涡旋对到四种半量子涡旋态的转换。我们探讨了几种半量子涡旋态对共振光以及非共振泵浦光强度的依赖关系,以及,系统演化初始输入不同旋向的涡旋对对稳态结果的影响。最后,我们通过施加一束带角动量的共振控制光,实现了四种半量子涡旋的转化。 数值结果表明,论文所研究的半量子涡旋的状态转换具有实现范围广、响应速度快、操控灵活等优点,且以拓扑现象(如涡旋,半量子涡旋等)为光信号的载体,由于其拓扑保护性,可以实现光信息的稳定传输和处理,为信息在复杂环境中的稳定性提供了保障。我们的工作在深化拓扑物性理解、推进非线性理论方面的研究做出了一定的贡献,进一步发掘了微腔半导体体系在光信息领域的发展潜力。