Exciton related nonlinear optical properties of quantum wires with a parabolic confinement
Parabolik sınırlamalı kuantum tellerinin eksitonla ilgili doğrusal olmayan optik özellikleri
- Tez No: 985091
- Danışmanlar: PROF. DR. VİLDAN ÜSTOĞLU ÜNAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kuantum kuyuları (QWs) ve kuantum noktaları (QDs) gibi düşük boyutlu yarı iletken sistemlerin, dikkat çekici doğrusal olmayan optik tepkileri nedeniyle uzun süredir bilimsel ilgiyi üzerine çektiği bilinmektedir. Ancak, özellikle doğrusal olmayan optik davranışları açısından, kuantum kuyu tellerinde (QWWs) görülen eksitonik etkiler üzerine yapılan araştırmalar görece daha sınırlıdır. Bu tez, parabolik bir potansiyel altında kuantum kuyu tellerine hapsolmuş eksitonların doğrusal olmayan optik duyarlılıklarını belirlemeyi amaçlayan kapsamlı bir teorik analiz sunmaktadır. Eksitonik Schrödinger denklemi, etkin kütle yaklaşımı çerçevesinde, silindirik koordinatlarda formüle edilmekte ve, Coulomb terimi bir pertürbasyon olarak dâhil edilerek ve edilmeden, analitik olarak çözülmektedir. Geliştirilen analitik çözüm, optik tepki fonksiyonlarının hesaplanmasına temel oluşturan açık dalga fonksiyonları ve enerji özdeğerlerini sağlamaktadır. Yoğunluk matrisi formalizmi kullanılarak, doğrusal ve üçüncü mertebeden doğrusal olmayan optik duyarlılıklar için kapalı biçimli ifadeler türetilmiştir. Bu yaklaşım, doğrusal olmayan optik tepkinin anlaşılması açısından kritik öneme sahip olan optik doğrultma, kırılma indisi değişimi ve optik soğurma olaylarının ayrıntılı biçimde incelenmesine olanak tanımaktadır. Ayrıca, potansiyelin sınırlama frekansı, uygulanan statik elektrik alanının şiddeti ve gelen optik ışığın yoğunluğu gibi temel fiziksel parametrelerin etkileri sistematik olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, bu parametrelerdeki değişimlerin doğrusal olmayan optik tepkinin hem büyüklüğünü hem de spektral özelliklerini önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Bununla birlikte, Coulomb etkileşiminin dâhil edilmesi eksitonik katkıları belirgin şekilde artırmakta, rezonans tepelerinin konumlarını değiştirmekte ve optik doğrusal olmayanlığı güçlendirmektedir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, kuantum tel sistemlerinde parabolik potansiyelde hapsolmuş eksiton kaynaklı doğrusal olmayan optik etkilerin anlaşılması ve kontrolüne yönelik açık bir kuramsal çerçeve ortaya koymakta; gelişmiş optoelektronik ve fotonik aygıtların tasarım ve optimizasyonu için yararlı bilgiler sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Semiconductor nanostructures, including quantum wells (QWs) and quantum dots (QDs), have been extensively studied owing to their pronounced nonlinear optical characteristics. In contrast, excitonic contributions to the nonlinear optical behavior of quantum well wires (QWWs) have received comparatively limited attention. This dissertation presents a theoretical analysis of excitons confined in QWWs under a parabolic potential, aiming to determine their nonlinear optical susceptibilities. The excitonic Schrödinger equation is formulated in cylindrical coordinates within the effective-mass approximation and solved analytically, both with and without including the Coulomb term as a perturbation. The analytical solutions provide explicit wave functions and energy eigenvalues that serve as the basis for calculating optical response functions. In this study, the linear and third-order nonlinear optical susceptibilities were evaluated using analytical expressions previously derived within the density-matrix formalism, allowing a detailed examination of optical rectification, refractive index changes, and optical absorption —essential for understanding the nonlinear response in these low-dimensional systems. The effects of key physical parameters—such as the confinement frequency of the potential, the strength of the applied static electric field, and the incident optical intensity—are systematically investigated. The results show that variations in these parameters significantly modify both the magnitude and spectral characteristics of the nonlinear optical response. Moreover, the inclusion of the Coulomb interaction markedly enhances excitonic contributions, shifting the resonance peaks and increasing the optical nonlinearity. The results of this study establish a clear theoretical basis for understanding and controlling nonlinear optical effects arising from excitons in parabolically confined quantum wire systems, providing useful guidance for the development of advanced optoelectronic and photonic devices.
Benzer Tezler
- Colloidal synthetic pathways of atomically-flat complex nanocrystal heterostructures
Atomik olarak düz karmaşık nanokristal hetero yapıların koloidal sentetik yolları
FARZAN SHABANI
Doktora
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
Prof. Dr. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Exciton transfering macrocrystals of colloidal quantum dots
Kuvantum noktacıkları gömülü makrokristallerde ekziton transferi
İBRAHİM AKCALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Exiton simulations of the optical properties of several photosynthetic light-harvesting complexes
Çeşitli fotosentetik ışık derleyici komplekslerin optik özelliklerinin eksiton simülasyonları
ERKUT İNAN İŞERİ
Doktora
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. DEMET GÜLEN
- Eriyik ve buhar tekniği ile büyütülen yüksek kalite ZnO kristallerinin optiksel özellikleri
Optical properties of high-qality melt-grown and vapor-grown ZnO crystals
AYŞE KUZUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Fizik ve Fizik MühendisliğiBalıkesir ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ALİ TEKE
- Pyronin B ve pyronin Y'nin kolloidal sistemlerde fotofiziksel özelliklerinin incelenmesi
An Investigation of photophysical properties of pyronin B and pyronin Y in colloidal systems
MUSTAFA ARIK