Abstract

We theoretically investigate the dynamic Franz–Keldysh effect for subpicosecond optical pulses on quantum wells as a function of detuning from the bandgap. For specific spectral excitation regimes we find dramatic nonlinear enhancement effects that are due to the preferential creation of terahertz- (THz-) field-driven propagating excitons and free electron–hole pairs in the THz and the optical domains, respectively. Our results explain why previous measurements of THz sidebands in the optical domain were so weak; we suggest and demonstrate a remarkably better experiment.

© 1999 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. W. Franz, Z. Naturforsch. A 13, 484 (1958); L. V. Keldysh, Sov. Phys. JETP 34, 788 (1958).
  2. R. Zimmermann, in Spectroscopy and Dynamics of Collective Excitations in Solids, B. Di Bartoli, ed. (Plenum, New York, 1997), p. 126.
  3. D. Fröhlich, A. Nöthe, and K. Reimann, Phys. Rev. Lett. 55, 1335 (1985).
    [CrossRef]
  4. A. P. Jauho and K. Johnsen, Phys. Rev. Lett. 24, 4576 (1996); see also Y. Yacoby, Phys. Rev. 169, 610 (1968).
    [CrossRef]
  5. K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
    [CrossRef]
  6. S. Hughes and D. S. Citrin, Phys. Rev. B 59, R5288 (1999).
    [CrossRef]
  7. J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
    [CrossRef]
  8. See, for example, T. Meier, G. von Plessen, P. Thomas, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 73, 902 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]

1999 (1)

S. Hughes and D. S. Citrin, Phys. Rev. B 59, R5288 (1999).
[CrossRef]

1997 (2)

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

A. P. Jauho and K. Johnsen, Phys. Rev. Lett. 24, 4576 (1996); see also Y. Yacoby, Phys. Rev. 169, 610 (1968).
[CrossRef]

1994 (1)

See, for example, T. Meier, G. von Plessen, P. Thomas, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 73, 902 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

1985 (1)

D. Fröhlich, A. Nöthe, and K. Reimann, Phys. Rev. Lett. 55, 1335 (1985).
[CrossRef]

1958 (1)

W. Franz, Z. Naturforsch. A 13, 484 (1958); L. V. Keldysh, Sov. Phys. JETP 34, 788 (1958).

Akiyama, H.

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

Allen, S. J.

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Bauer, G. E. W.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Birnir, B.

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

Cerne, J.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Citrin, D. S.

S. Hughes and D. S. Citrin, Phys. Rev. B 59, R5288 (1999).
[CrossRef]

Franz, W.

W. Franz, Z. Naturforsch. A 13, 484 (1958); L. V. Keldysh, Sov. Phys. JETP 34, 788 (1958).

Fröhlich, D.

D. Fröhlich, A. Nöthe, and K. Reimann, Phys. Rev. Lett. 55, 1335 (1985).
[CrossRef]

Gossard, A. C.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Hughes, S.

S. Hughes and D. S. Citrin, Phys. Rev. B 59, R5288 (1999).
[CrossRef]

Inoshita, T.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Jauho, A. P.

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

A. P. Jauho and K. Johnsen, Phys. Rev. Lett. 24, 4576 (1996); see also Y. Yacoby, Phys. Rev. 169, 610 (1968).
[CrossRef]

Johnsen, K.

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

A. P. Jauho and K. Johnsen, Phys. Rev. Lett. 24, 4576 (1996); see also Y. Yacoby, Phys. Rev. 169, 610 (1968).
[CrossRef]

Koch, S. W.

See, for example, T. Meier, G. von Plessen, P. Thomas, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 73, 902 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Kono, J.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

Meier, T.

See, for example, T. Meier, G. von Plessen, P. Thomas, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 73, 902 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Noda, T.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

Nordstrom, K. B.

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Nöthe, A.

D. Fröhlich, A. Nöthe, and K. Reimann, Phys. Rev. Lett. 55, 1335 (1985).
[CrossRef]

Reimann, K.

D. Fröhlich, A. Nöthe, and K. Reimann, Phys. Rev. Lett. 55, 1335 (1985).
[CrossRef]

Sakaki, H.

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Sherwin, M. S.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Su, M. Y.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Sundaram, M.

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

Thomas, P.

See, for example, T. Meier, G. von Plessen, P. Thomas, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 73, 902 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

von Plessen, G.

See, for example, T. Meier, G. von Plessen, P. Thomas, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 73, 902 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Zimmermann, R.

R. Zimmermann, in Spectroscopy and Dynamics of Collective Excitations in Solids, B. Di Bartoli, ed. (Plenum, New York, 1997), p. 126.

Phys. Rev. B (1)

S. Hughes and D. S. Citrin, Phys. Rev. B 59, R5288 (1999).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (4)

J. Kono, M. Y. Su, K. B. Nordstrom, J. Cerne, M. S. Sherwin, S. J. Allen, T. Inoshita, T. Noda, H. Sakaki, G. E. W. Bauer, M. Sundaram, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 79, 1758 (1997).
[CrossRef]

See, for example, T. Meier, G. von Plessen, P. Thomas, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 73, 902 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

D. Fröhlich, A. Nöthe, and K. Reimann, Phys. Rev. Lett. 55, 1335 (1985).
[CrossRef]

A. P. Jauho and K. Johnsen, Phys. Rev. Lett. 24, 4576 (1996); see also Y. Yacoby, Phys. Rev. 169, 610 (1968).
[CrossRef]

Phys. Status Solidi B (1)

K. B. Nordstrom, K. Johnsen, S. J. Allen, A. P. Jauho, B. Birnir, J. Kono, T. Noda, H. Akiyama, and H. Sakaki, Phys. Status Solidi B 204, 52 (1997).
[CrossRef]

Z. Naturforsch. A (1)

W. Franz, Z. Naturforsch. A 13, 484 (1958); L. V. Keldysh, Sov. Phys. JETP 34, 788 (1958).

Other (1)

R. Zimmermann, in Spectroscopy and Dynamics of Collective Excitations in Solids, B. Di Bartoli, ed. (Plenum, New York, 1997), p. 126.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Reflected pulse irradiance for excitation halfway between the bandgap and the exciton (solid curve) and at the 1s exciton (dashed curve). The THz frequency of the driving field is 1 THz in both cases. The inset shows identical curves but plotted on a logarithmic scale for the irradiance. (b) Reflected pulse irradiance for excitation at the bandgap with different driving fields. X, exciton peak.

Fig. 2
Fig. 2

Irradiance of the emitted THz field for excitation at the bandgap (dashed curve) and the exciton (solid curve). The THz frequency of the driving field is 1 THz in both cases.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

t+eFTHzt·kPk=-iΔkPk+iΩk+Pktcc,

Metrics