[論文レビュー] Controlling Kerr nonlinearity with electric fields in asymmetric double quantum-dots

Yiwen Jiang, Ka-Di Zhu|ArXiv.org|Jan 24, 2008

Quantum optics and atomic interactions被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、バイアス電圧を用いた電場を介して、非対称二重量子ドットにおける Kerr 非線形性を制御する理論的スキームを提案する。ポンプビーム強度とバイアス電圧によるトンネル効果を調整することにより、ほぼゼロの非線形吸収を伴う巨大な Kerr 非線形性を実現し、信号ビームにおける自己焦点化から自己拡散への広い動的制御が可能になる。

ABSTRACT

The control of Kerr nonlinearity with electric fields in an asymmetric double quantum-dot systems coupling with tunneling is investigated theoretically. It is found that,by proper tuning of two light beams and tunneling via a bias voltage, the Kerr nonlinearity can be enhanced and varied within a wide scale.

研究の動機と目的

• 非対称二重量子ドット系における Kerr 非線形性の強化と制御を調査すること。
• トンネル効果と電場が三次光学感受率を操作する役割を明らかにすること。
• 実用的応用を想定し、非線形吸収を最小限に抑えた巨大な Kerr 非線形性を達成すること。
• バイアス電圧によるチューニングにより、自己焦点化から自己拡散への非線形応答の制御を実証すること。

提案手法

• 上位準位が電子トンネル効果で結合する、異なるバンド構造を持つ二つの量子ドットを有する四準位量子系をモデル化する。
• ハミルトニアンにはポンプおよび信号場の寄与、バイアス電圧によるトンネル効果、および自発的崩壊が含まれ、ラビ周波数は Ωp および Ωs で表す。
• 密度行列方程式を導出し、回転フレームに変換して、コhereney と感受率を分析する。
• 有効三次感受率 χeff(3) を計算し、その実部と虚部が Kerr 非線形性と非線形吸収を決定する。
• デチューニングパラメータ (Δ13, Δ24)、ラビ周波数、トンネル振幅 Te を変化させ、非線形応答を制御する。
• 数値シミュレーションを実施し、トンネル強度およびデチューニングに依存する Kerr 非線形性の依存関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電場制御を用いた非対称二重量子ドットにおいて、Kerr 非線形性を顕著に増幅させることができるか？
• RQ2 バイアス電圧によるトンネル効果が、三次光学感受率および非線形吸収に与える影響は何か？
• RQ3 Kerr 非線形性の符号と大きさを、正から負への動的チューニングが可能か？
• RQ4 巨大な Kerr 非線形性を実現し、非線形吸収を最小限に抑える条件は何か？
• RQ5 バイアス電圧の調整により、信号ビームの自己焦点化または自己拡散をどの程度制御できるか？

主な発見

• Δ24/γ24 = 0.7 かつポンプが共鳴状態（Δ13 = 0）のとき、Kerr 非線形性は最大値に達するが、非線形吸収はほぼゼロである。
• Ωp を固定した状態で、共鳴でない条件（Δ24 ≠ 0）の方が共鳴状態よりも大きな Kerr 非線形性を示す。これはデチューニングによる制御の向上を示唆する。
• トンネル強度 Te は、Kerr 非線形性の符号と大きさを制御する：正のデチューニングでは非線形性が負から開始され、負のデチューニングでは正から開始される。
• Te の増加に伴い、Kerr 非線形性に最大値と最小値が現れるため、チューナブルな非線形応答領域が得られる。
• 非共鳴状態の非線形応答の線形形状は、信号場ではなくポンプ場によって主に支配される。
• バイアス電圧を調整することで、信号ビームを χ(3) > 0 の自己焦点化領域と χ(3) < 0 の自己拡散領域の間で切り替えることができる。