硅基光子集成技术在众多领域已经取得了重大突破，但目前唯一能实现全部硅基集成有源器件且与互补金属氧化物半导体工艺兼容的材料是锗硅材料体系。Ge/SiGe多量子阱作为硅基光调制器在硅芯片上能实现短距离光互连，基于量子限制斯塔克效应的Ge/SiGe多量子阱调制器具有低功耗、低偏压、高速率的优点。总结了基于Ge/SiGe多量子阱调制器的研究现状和进展，讨论对比了Ge/SiGe多量子阱调制器的消光比、光损耗、偏置电压、电场、光调制器的调制带宽、暗电流等性能参数，展望了Ge/SiGe多量子阱调制器在集成光子学中的发展方向和面临的挑战。

使用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)方法生长了三个具有不同垒层温度的InGaN/GaN量子阱。由于高密度V型坑的形成, 完整的量子阱结构被破坏, 转变成了InGaN量子点(quantum dots, QDs)/量子阱(quantum well, QW)复合结构。通过变功率光致发光谱和变温光致发光谱, 分析了在不同的垒层温度下量子限制斯塔克效应(quantum confined Stark effect, QCSE)、非辐射复合中心密度和载流子局域化效应的变化。结果表明: 在较低的垒层温度下, QCSE较弱, 因为在较低的温度下, V型坑的深度较深, 应力释放较明显, 残余应变较低; 非辐射复合中心密度也随着温度的升高而逐渐增大; 样品的内量子效率(internal quantum efficiency, IQE)随着垒层生长温度的升高而降低。QCSE的增强和非辐射复合中心密度的增大是垒层生长温度升高时内量子效率下降的主要因素。

飞秒强激光与气体相互作用产生高次谐波是重要的超快相干光源,模拟发现,中红外飞秒激光脉冲可以通过交流斯塔克效应在原子基态与激发态之间实现多光子共振增强,产生高亮度的单色高次谐波辐射。通过数值求解含时薛定谔方程发现,存在阈值以下共振增强的非常规高次谐波,且在较低光强下存在一个最优光强使其可以达到最高产生效率。时间-频率分析结果表明,该共振增强可通过强场下的二阶交流斯塔克效应实现,其对驱动激光波长不敏感。这种新机制使得中红外波段的飞秒激光脉冲更有利于产生高亮度的超快单色紫外/极紫外(UV/XUV)光源,在凝聚态物理、材料科学等领域具有重要的应用前景。

为了减弱InGaN/GaN量子阱内的压电极化场, 在蓝紫光InGaN/GaN多量子阱激光器结构中采用了预应变InGaN插入层, 通过变温电致发光和高分辨X射线衍射测量研究了预应变插入层对量子阱晶体质量和发光特性的影响。实验结果显示, 常温下有预应变层的量子阱电致发光谱积分强度显著提高。模拟计算进一步表明, 预应变层对量子阱内压电极化场有调制效果, 有利于量子阱中的应力弛豫, 可以有效减弱量子限制斯塔克效应, 有助于提高量子阱的发光效率。

对二甲苯(PX)是一种重要的化工原料, 广泛地用于合成聚脂纤维树脂, 是医药和农药用聚合单体, 因此了解对二甲苯分子结构和光谱的外场效应具有十分重要的意义。 为研究外电场对PX分子结构和红外(IR)光谱产生的影响, 本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.030 a.u., 0～1.542×1010 V·m-1)作用下PX分子的基态几何结构, 在此基础上利用同样的方法计算了PX分子在不同电场下的振动频率, 得到了分子的IR光谱, 最后对PX的分子结构和IR光谱受外电场作用的的影响规律进行了研究。 结果表明: 频率497 cm-1的吸收峰为苯环上的C1-H7和C2-H8的面外摇摆振动, 812 cm-1的吸收峰是苯环上的C4-H9和C5-H10的面外摇摆振动, 1 547 cm-1为苯环上的C1-H7和C2-H8的面内弯曲振动, 3 017 cm-1为甲基上的C11-H14和C15-H17的伸缩振动所产生, 3 164 cm-1为苯环上的C4-H9和C5-H10的伸缩振动所产生; 外电场与分子内电场的叠加效应使得R(4, 9), R(5, 10), R(11, 14)和R(15, 17)等的键长随着外电场的增强急剧增长, 而R(1, 7), R(2, 8), R(11, 12) 和R(15, 16)等随着外电场的增强变化不明显; 随着R(4, 9)和R(5, 10)的增加, 吸收峰Ⅱ和Ⅴ出现了明显的红移, 它们的频率分别减少了133和140 cm-1, 峰Ⅳ在外电场较弱时频率增加, 而当外电场较强时频率又开始减小, 峰Ⅰ和Ⅲ的频率变化不明显。 总之, 在外电场的作用下, 分子结构变化剧烈, 红外光谱吸收峰出现了红移或蓝移, 伴随着吸收峰的移动, 分子的摩尔收系数ε也进行了重新分配, 分子的振动斯塔克效应(VSE)明显。

在不同功率密度的电子束泵浦条件下, 对ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱的荧光光谱进行了研究, 并采用蒙特卡罗仿真模拟对测试结果进行了分析。模拟的结果和实验结果高度吻合。观测到了不随穿透深度变化的阱区发光峰红移, 证明表面电荷积累引起了量子限域斯塔克效应。

我们用变分方法研究了外电场下量子阱中的杂质态结合能,计算中既考虑了电子同体纵光学声子和界面光学声子的相互作用又考虑了杂质中心同体纵光学声子和界面光学声子的相互作用。我们以GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱为例,讨论了结合能随杂质位置、阱宽和电场强度的变化规律。得到了电子-声子相互作用对杂质态结合能和斯塔克效应的修正是相当明显的。

研究了一种新颖的基于非共振光学斯塔克效应的有源光子带隙全光偏振开关的理论模型, 模拟了在抽运光作用下全光开关有源光子带隙的反射谱的变化情况; 反射式全光偏振开关的对比度随延迟时间和抽运功率密度的变化以及插入损耗随延迟时间的变化; 周期无序和折射率测量误差对光子禁带的影响。由于超辐射模的快速辐射衰减, 在非共振抽运脉冲通过后, 材料光谱特性将迅速恢复, 可形成太赫兹的开关; 并且材料的光子禁带对激子共振频率的变化非常敏感, 使得光开关控制光能量比普通多量子阱光开关的小很多。

研究了斯塔克(Stark)效应对两模双光子Jaynes-Cummings(J-C)模型腔场谱的影响, 推导计算出了腔场处于光子数态时腔场谱的计算公式和数值结果, 讨论了斯塔克效应和初始场强对腔场谱的影响。发现斯塔克效应在弱场条件下对腔场谱线的频率和强度都有明显的影响, 破坏了谱结构的对称性, 使两模的谱线更加丰富。初始场较强时斯塔克效应对谱线的影响较弱。模Ⅰ为真空场、模Ⅱ初始场强递增时, 斯塔克效应使模Ⅱ的高频峰受到较强的抑制作用, 其低频峰在初始场较弱时受到抑制, 初始场较强时又有强化作用, 初始场更强时, 模Ⅱ的谱线退化为经典的共振荧光谱, 与无斯塔克效应的情况基本相同。

为了设计性能优良的滤光器，对铯原子459nm斯塔克调谐型法拉第反常色散滤光器(FADOF)的滤光特性进行了分析与讨论。计算了铯原子459nm斯塔克调谐型FADOF(S－FADOF)透射谱，并与同等条件下铯原子459nm FADOF透射谱进行了比较；分析了不同磁场强度和气室温度对铯原子459nm S－FADOF透射谱的影响；给出了铯原子459nm SFADOF透射谱中心频率频移量随电场变化的理论曲线。结果表明，电场的引入并不改变其透射谱结构，仅使中心频率发生频移，并且随外加电场强度的增加，频移量不断增大。此项研究在星潜通信，海洋遥感等领域有潜在应用价值。