化合物半導体におけるアンダ-ソン局在と巨大非線形光学効果

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01604521
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 花村 榮一 東京大学, 工学部, 教授 (70013472)
• 研究分担者: 江崎 ひろみ 東京大学, 工学部, 教務職員 (90213545) ; 住 篤子 東京大学, 工学部, 助手 (20114522) ; 小川 哲生 東京大学, 工学部, 助手 (50211123)
• キーワード: 励起子 / 非線形分極率 / 超放射 / アンダ-ソン局在 / メゾスコピックな双極子 / 位相共役波 / 易動度端 / 光線線形性

研究概要

励起子のボ-ア半径a_Bは電子と正孔間の距離の目安となる。微視的なサイズa_Bよりは大きいが、巨視的な光の波長λよりは小さい半径Rの半導体超微結晶に閉じ込められた最低エネルギ-準位の励起子は、遷移の双極子のメゾスコピックな増大を伴う。その結果として、第一にCuCl微結晶中の励起子は超反射によって速い緩和が期待でき、実験によってもその絶対値とR依存性が理論とよい一致をもって確認されている。メゾスコピックな双極子の第二の効果は、この系の最低準位の励起子付近の光に対してx^<(3)>(ω;-ω,ω,-ω)がメゾスコピックな増大を伴うことである。そこでは、一つの微結晶中にできた2つの励起子間に働く相互作用ω_<int>、超放射にある寿命2γと位相緩和γ′が励起子を調和振動子からずらせてx^<(3)>を有限にし、かつメゾスコピックな双極子モ-メントを有効に生かしている。
以上は、励起子が微結晶中に局住した系であるが、2次元・3次元結晶における励起子の遷移の双極子モ-メントはそのコヒ-レント長によって決まる。そこでは、励起子または励起子ポラリトンの不純物散乱がx^<(3)>を有限にし、大きい双極子モ-メントを有効に生かしている。他方、励起子のコヒ-レント長は、不純物濃度が低い方が長い。従って最大のx^<(3)>を得るには、最適の不純物濃度が必要である。そこで、他の4光波混合に比べて、位相共役波の発生は、励起子ポラリトンのアンダ-ソン局在によって増大することが示せた。

研究成果

• [文献書誌] Eiichi Hanamura: "Quantum wells with enhanced exciton effects and optical non-linearity" Materials Science and Engineering. B1. 255-258 (1988)
• [文献書誌] Eiichi Hanamura: "Very large optical nonlinearity of semiconductor microcrystallistes" Physical Review B. 37. 1273-1279 (1988)
• [文献書誌] Eiichi Hanamura: "Rapid radiative decay and enhanced optical nonlinearity of excitons in a quantum well" Physical Review B. 37. 1228-1234 (1988)
• [文献書誌] Eiichi Hanamura: "Exciton enhancement of optical non-linearity in low-dimensional crystals" Optical and Quantum Electronics. 21. 441-450 (1989)
• [文献書誌] Eiichi Hanamura: "Weak localization of polaritons and the generation of phase-conjugated light waves" Physical Review B. 37. 1152-1163 (1988)
• [文献書誌] Eiichi Hanamura: "Mesoscopic enhancement of third-order-optical susceptibility due to excitons in semiconductor microcrystallites" Solid State Commun. (1990)
• [文献書誌] Eiich Hanamura: "Nonlinear Optics of Organics and Semiconductors" Springer-Verlag, 322 (1989)
• [文献書誌] Eiichi Hanamura: "Optical Switching in Low-Dimensional Systems" Plenum Press, 381 (1989)