太赫兹场驱动半导体超晶格的光吸收谱与极化波包运动

摘要

在一维紧束缚微带和接触库仑相互作用近似下,利用扩展半导体布洛赫(Bloch)方程研究飞秒激光脉冲激励的太赫兹场驱动的半导体超晶格的光吸收谱及带间极化相干波包的时间演变。在直流偏置条件下,超晶格的光吸收谱由无外加电场时的连续带状吸收变化成一系列等能量间隔的吸收峰,能量间隔与外加的直流偏置电场成正比,这些吸收峰称为万纳斯塔克梯(Wannier-Stark ladder),对应布洛赫电子和空穴在实际空间和动量空间中的周期性振荡运动,即布洛赫振荡;而在仅有太赫兹电场驱动的情况下,无外加电场时的光吸收沿发生移动,同时连续带状光吸收谱分列成一系列的等间隔吸收峰,称为动态斯塔克梯(Dynamical Stark ladder),能量间隔等于外加太赫兹交变电场的频率,与外加太赫兹电场的幅值大小无关;当直流偏置电场与太赫兹电场同时存在时,超晶格的光吸收沿不再发生移动,连续带状光吸收谱变为更复杂的结构,这种复杂的结构可以通过万纳斯塔克梯与交流斯塔克梯的组合来识别和解释。在直流电场和太赫兹交变电场同时作用时,直流场的大小与交流电场的频率之比和交流电场的大小与交流电场的频率之比是起决定性作用的两个量。如果直流场的大小与交流电场的频率之比是整数，一个布洛赫频率内就有该整数个谐波产生,如果直流场的大小与交流电场的频率之比是分数,将引起动态分数斯塔克梯(Dynamical fractional Stark ladder)的形成。而交流电场的大小与交流电场频率之比决定极化波包的空间扩展程度。