Download Estudio Teórico para el Cálculo de Respuesta Óptica en una
Document related concepts
no text concepts found
Transcript
1 Submission 99 Estudio Teórico para el Cálculo de Respuesta Óptica en una Nano-Estructura Usando el Formalismo de Sistemas Cuánticos Abiertos Alfonso A. Portacio Lamadrid, Universidad de los Llanos; Pablo E. Villamil Barrios, Universidad de Sucre; Boris A. Rodríguez Rey, Universidad de Antioquia. Abstract. Nonlinear optical phenomena that exhibit low dimensional systems are present in various applications of quantum optics, nano-photonics, quantum information and opto-electronics. Because of these applications, many theoretical and experimental studies has conducted in nonlinear quantum optics. However the reports exist in the literature on the theoretical calculation of linear optical properties and nonlinear in nano-structures are based on the solution of the equation Liouville-von Neumann adding a phenomenological term associated with some dissipative processes describing the system interaction with the environment. This calculation method has limited theoretical research in the field of optics, because it allows us to consider the interaction of nanostructures with classical optical fields and phenomenological account of the spontaneous emission, even if experimentally developed various light sources nature quantum that interact with low-dimensional systems have shown interesting optical responses. A theoretical method is necessary to calculate the optical response in nano-structured systems due to its interaction with light classical or quantum nature and not to resort to phenomenological quantities for results. QD GaAs / AlGaAs with cylindrical geometry with a donor impurity in his - in this order of ideas, a theoretical study based on the formalism of open quantum systems to calculate the nonlinear optical response of a nano-structure (a quantum dot presents inside). Este trabajo es apoyado un avance del trabajo doctoral de Alfonso A. Portacio Lamadrid, estudiante del doctorado en Ciencias Físicas de la Universidad de Sucre – Colombia, bajo la dirección del Dr. Pablo E. Villamil Barrios docente de la Universidad de Sucre y el Dr. Boris A. Rodríguez Rey, docente de la Universidad de Antioquia. For these optical responses, the formalism of the density matrix and procedure where energy levels and wave functions of the impurity in the QD by the variational method were calculated in the framework of the effectivemass approximation was used and the time evolution of the density matrix operator nano-structure was calculated using the steady-state solution of a master equation BornMarkov in the Lindblad form that comes from the quantum theory of open systems.. Palabras clave: óptica no lineal, punto cuántico, ecuación maestra, sistemas cuánticos abiertos I. INTRODUCCIÓN Los fenómenos ópticos no lineales que presentan los sistemas de baja dimensionalidad están presentes en diversas aplicaciones de óptica cuántica, nano-fotónica, información cuántica y opto-electrónica. Como resultado de estas aplicaciones, muchos estudios teóri-cos y experimentales se han realizado en óptica cuántica no lineal. Sin embargo los repor-tes que existen en la literatura científica sobre el cálculo teórico de propiedades ópticas lineales y no lineales en nanoestructuras se basan en la solución de la Ecuación de Liouville-von Neumann adicionando un término fenomenológico asociado con algunos procesos disipativos que describen la interacción del sistema con el ambiente. Este método de cálculo ha limitado la investigación teórica en el área de óptica, porque permite considerar la interacción de las nano-estructuras con campos ópticos clásicos y la consideración fe-nomenológica de la emisión espontánea, aun cuando experimentalmente se han desarro-llado diversas fuentes de luz de naturaleza cuántica que al interactuar con sistemas de baja dimensionalidad han mostrado respuestas ópticas interesantes. Se hace necesario un mé-todo teórico para calcular la respuesta óptica en sistemas nano-estructurados debido a su interacción con luz de naturaleza clásica o cuántica y que no recurra a cantidades fenomenológicas para obtener resultados. 2 Submission 99 En este trabajo se presenta un estudio teórico sobre la respuesta óptica lineal y no lineal en un punto cuántico cilíndrico (CQD) en presencia de un campo magnético uniforme usando el formalismo de la matriz densidad y un procedimiento perturbativo. Los niveles de energía y las funciones de onda de un electrón en el CQD se obtuvieron solucionando la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo en el marco de la aproximación de masa efectiva. Los cálculos numéricos se realizaron para un CQD de 𝐺𝑎𝐴𝑠/𝐴𝑙𝐺𝑎𝐴𝑠. Fenómenos ópticos no lineales como: rectificación óptica, generación de segundo armónico, generación tercer armónico, cambios en el índice de refracción y absorción óptica en sistemas semiconductores de baja dimensionalidad han sido objeto de estudio por diferentes grupos de investigación a nivel mundial, porque estimulan interesantes aplicaciones en óptica cuántica, información cuántica, dispositivos opto-electrónicos, etc [1-5]. En los trabajos teóricos sobre respuesta óptica de nano-estructuras, el método de cálculo usado desde hace aproximadamente cuatro décadas, consiste en tratar los sistemas como sistemas cuánticos cerrados con una descripción fenomenológica de algunos procesos de relajación [6-10]. Sin embargo, hoy en día se cuenta con herramientas teóricas que consideran los sistemas como sistemas abiertos y permiten describir diferentes procesos de interacción de un sistema cuántico con el entorno. En este proyecto se propone investigar, ¿Qué ventajas tiene calcular la respuesta óptica no lineal de una nano-estructura con la teoría de sistemas cuánticos abiertos? II. TEORÍA El estudio de la dinámica de sistemas cuánticos abiertos involucra la interacción de un sistema cuántico con su entorno. Comprender esta interacción permite entender aspectos fundamentales de la mecánica cuántica y describir fenómenos físicos en óptica cuántica, teoría cuántica de la medida, mecánica estadística cuántica, etc. El problema planteado en este proyecto se ubica en este contexto ya que se propone realizar un estudio teórico basado en el formalismo de sistemas cuánticos abiertos para calcular la respuesta óptica no lineal de una nano-estructura. En lo que sigue se hará una descripción teórica más detallada que sustente el problema que se pretende abordar en este proyecto. Operador densidad y ecuación maestra Según el formalismo de la mecánica cuántica, todo sistema tiene asociado un operador de estado 𝜌̂ denominado operador densidad que lleva toda la información del sistema. Si un sistema cuántico se encuentra en el estado |𝛹𝑖 ⟩ con probabilidad 𝑝𝑖 el operador densidad es [11]: 𝜌̂ = ∑𝑖 𝑝𝑖 |𝛹𝑖 ⟩ ⟨𝛹𝑖 |, (1) {|𝛹𝑖 ⟩} no necesariamente es una base ortogonal y ∑𝑖 𝑝𝑖 = 1. Al elegir una base ortonormal {|𝑢𝑖 ⟩}, los elementos matriciales del operador 𝜌̂ se pueden escribir en la forma: 𝜌𝑛𝑚 = ∑𝑖 𝑝𝑖 ⟨𝑢𝑚 |𝛹𝑖 ⟩⟨𝛹𝑖 ||𝑢𝑛 ⟩ = ⟨𝑢𝑚 |𝜌̂|𝑢𝑛 ⟩. (2) El operador 𝜌̂ también se puede definir en términos de sus elementos matriciales, 𝜌̂ = ∑𝑛𝑚|𝑢𝑚 ⟩𝜌𝑛𝑚 ⟨𝑢𝑛 |. (3) Para un operador 𝐴̂ el valor esperado 〈𝐴̂〉 viene dado por: 〈𝐴̂〉 = ∑𝑖 𝑝𝑖 ⟨𝛹𝑖 |𝐴̂|𝛹𝑖 ⟩ = ∑𝑛𝑚⟨𝑢𝑛 |𝜌̂|𝑢𝑚 ⟩⟨𝑢𝑛 | 𝐴̂|𝑢𝑚 ⟩ = ∑𝑛𝑚 𝜌𝑚𝑛 𝐴𝑛𝑚 = 𝑇𝑟(𝜌̂𝐴̂). (4) La Ec. (4), indica que el valor esperado de 𝐴̂ para un estado mezclado es la suma de los valores esperados de 𝐴̂ para cada uno de los estados puros |𝛹𝑖 ⟩ ponderada por las probabilidades 𝑝𝑖 y que puede calcularse como la traza del producto de los operadores 𝜌̂ y 𝐴̂ escritos en la misma base. El conocimiento de la evolución del operador densidad de un sistema cuántico permite conocer la evolución de dicho sistema dado que permite calcular la evolución temporal del valor esperado de cualquier observable que se desee estudiar. La ecuación de movimiento para el operador densidad de un sistema cuántico se conoce como ecuación maestra. Para un sistema cuántico cerrado la ecuación maestra se denomina Ecuación de Liouville-von Neumann y se escribe [12]: 𝜕𝜌 ̂𝑪 𝜕𝑡 1 ̂0, 𝜌̂𝑪 ], = 𝑖ℏ [𝐻 (5) ̂0 y 𝜌̂𝑪 son el Hamiltoniano y el operador densidad asociados 𝐻 al sistema cuántico cerrado. La Ec. (5) produce la misma dinámica unitaria que la ecuación de Schrödinger para un sistema aislado. Sin embargo, un sistema físico real siempre estará bajo la influencia del entorno y la tarea de tratar de aislarlo completamente de esta influencia es imposible. Inclusive en el caso en que la evolución del sistema se diera de forma ideal, de todas maneras sería necesario exponerlo al entorno para poder efectuar un proceso de medición [13]. En contraste con la dinámica del operador densidad de un sistema cuántico cerrado, la evolución de un sistema cuántico abierto, en general, es no unitaria, ya que la interacción con el medio ambiente produce decoherencia, la cual se define como la formación irreversible de correlaciones cuánticas de un sistema con su entorno. Estas correlaciones causan la pérdida de información del sistema de interés. Para estudiar la dinámica de un sistema cuántico abierto se considera el acople de un sistema 𝑆 con un entorno 𝐸 mediante un Hamiltoniano de la forma [12 -13]: ̂=𝐻 ̂𝑆 + 𝐻 ̂𝐸 + 𝐻 ̂𝑆𝐸 , 𝐻 (6) ̂𝑆 y 𝐻 ̂𝐸 son los Hamiltonianos del sistema y del entorno, 𝐻 ̂𝑆𝐸 es el Hamiltoniano que describe la respectivamente y 𝐻 interacción entre el sistema y el entorno. El sistema total 𝑆 + 𝐸 es cerrado por tanto su evolución se rige por la ecuación de Liouville-von Neumann y el estado del sistema total se representa mediante el operador densidad 𝜌̂𝑪; como el interés 3 Submission 99 está en la dinámica del sistema, se debe considerar la traza parcial sobre los grados de libertad del entorno como indica la siguiente ecuación: (7) 𝜌̂𝑆 = 𝑇𝑟𝐸 (𝜌̂𝑪 ), 𝜌̂𝑆 es el operador densidad reducida del sistema cuántico abierto S y 𝑇𝑟𝐸 representa la traza parcial sobre los grados de libertad del entorno E. De forma análoga, la ecuación de movimiento del operador densidad reducida del sistema se obtiene tomando la traza parcial sobre los grados de libertad del entorno en ambos lados de la ecuación de Liouville-von Neumann asociada al sistema total. 𝜕𝜌 ̂𝑆 𝜕𝑡 = 1 𝑖ℏ ̂ , 𝜌̂𝑪 ]), 𝑇𝑟𝐸 ([𝐻 (8) La dinámica definida por la Ec. (8) puede ser formulada en el marco de la aproximación de Born, que consiste en despreciar términos mayores al primer orden en el operador Hamiltoniano ̂𝑆𝐸 y de la aproximación de Markov, según la de interacción 𝐻 cual la evolución futura de 𝜌̂𝑆 depende exclusivamente de su valor presente y no de sus valores pasados de tal forma que se pueden despreciar sus efectos de memoria. Estas consideraciones permiten escribir una ecuación diferencial de primer orden para 𝜌̂𝑆 𝜕𝜌 ̂𝑆 𝜕𝑡 = ℒ𝜌̂𝑆 , (9) que se conoce como ecuación maestra Markoviana. Para la construcción de la forma más general que toma el generador ℒ pueden utilizarse argumentos de la teoría de grupos u optar por una derivación microscópica, en cualquiera de los casos, la forma diagonal que adopta dicho generador es 1 ̂ , 𝜌̂𝑆 ] + ∑𝜈 ℒ𝜌̂𝑆 = 𝑖ℏ [𝐻 𝜆𝜈 2 (2𝐿𝜈 𝜌̂𝑆 𝐿†𝜈 − 𝐿†𝜈 𝐿𝜈 𝜌̂𝑆 − 𝜌̂𝑆 𝐿†𝜈 𝐿𝜈 ), (10) El primer término del generador representa la dinámica unitaria ̂ . Los operadores 𝐿𝜈 se denominan dada por el Hamiltoniano 𝐻 usualmente como operadores de Lindblad, su estructura depende del tipo de proceso disipativo al que esté expuesto el sistema cuántico, 𝜆𝜈 son las tasas de relajación para los diferentes procesos disipativos. Combinando las Ecs. (9) y (10) se obtiene una ecuación maestra para el operador densidad del sistema que se denomina Ecuación de von Neumann-Lindblad y tiene la siguiente forma [14]: lineales de nano-estructuras interactuando con campos clásicos de luz usando ecuaciones maestras. Susceptibilidad óptica Las propiedades ópticas de un medio a través del cual se propaga una onda electromagnética se describen por la relación entre el vector de polarización 𝑷(𝑡) y el vector de campo eléctrico de la onda incidente 𝑬(𝑡). La relación matemática entre las funciones vectoriales 𝑷(𝑡) y 𝑬(𝑡) está ligada a las características del medio. Esta relación generalmente se escribe como: (1) 𝜕𝑡 = 1 𝜆𝜈 ̂ , 𝜌̂] + ∑𝜈 (2𝐿𝜈 𝜌̂𝐿†𝜈 [𝐻 𝑖ℏ 2 − 𝐿†𝜈 𝐿𝜈 𝜌̂ − 𝜌̂𝐿†𝜈 𝐿𝜈 ), (11) La solución de la ecuación maestra en la forma Lindblad proporciona la descripción dinámica más general de los sistemas cuánticos abiertos en la aproximación de BornMarkov, este tipo de ecuaciones se utiliza ampliamente para describir enfriamiento de átomos, decoherencia en información cuántica, ingeniería de estados cuánticos y cálculos de fotoluminiscencia [15-16]. Cabe anotar que en la literatura científica no se registran cálculos de propiedades ópticas no (3) (12) (𝟏) 𝜀0 es la permitividad del vacío, 𝝌𝒊𝒋 es un tensor asociado con la susceptibilidad óptica lineal que describe procesos ópticos lineales asociados con la absorción o emisión de un solo fotón (𝟐) [7, 17], 𝝌𝒊𝒋𝒌 es un tensor asociado con la susceptibilidad óptica no lineal de segundo orden, el cual describe procesos de absorción de dos fotones presentes en fenómenos físicos tales como: el efecto Pockels, la mezcla de tres ondas, generación de segundo armónico, suma o diferencia de frecuencias y la rectificación óptica [18-20]. Cabe anotar que entre las propiedades ópticas no lineales, las de segundo orden juegan un papel esencial por ser su magnitud generalmente mayor con respecto a los órdenes superiores cuando el sistema presenta cierta asimetría. Recientemente se han reportados trabajos donde producen este tipo de asimetrías aplicando un campo eléctrico estacionario al sistema y/o confinando los electrones, los huecos, las impurezas donadoras o aceptoras, mediante (𝟑) potenciales asimétricos [21-22]. Por último 𝝌𝒊𝒋𝒌𝒍 es un tensor asociado con la susceptibilidad óptica de tercer orden que describe procesos de absorción de tres fotones inmersos en fenómenos no lineales tales como: generación de tercer armónico y efecto Kerr óptico [23-24]. Métodos de cálculo de la respuesta óptica en nanoestructuras semiconductoras Los estudios teóricos sobre respuesta óptica no lineal producida por la interacción de una nano-estructura con un campo clásico de luz se han realizado desde hace más de cuatro décadas adicionando un término fenomenológico en la Ecuación de Liouville-von Neumann, de esta forma: 𝜕𝜌 ̂ 𝜕𝜌 ̂𝑆 (2) 𝑃𝑖 (𝑡) = 𝜀0 (𝜒𝑖𝑗 𝐸𝑗 + 𝜒𝑖𝑗𝑘 𝐸𝑗 𝐸𝑘 + 𝜒𝑖𝑗𝑘𝑙 𝐸𝑗 𝐸𝑘 𝐸𝑙 ⋯ ), 𝜕𝑡 = 1 𝑖ℏ ̂0 + 𝑉̂(𝑡), 𝜌̂(𝑡)] − Γ̂ (𝜌̂(𝑡) − 𝜌̂(0) (𝑡)), [𝐻 (13) Γ̂ (𝜌̂(𝑡) − 𝜌̂(0) (𝑡)) es el término fenomenológico que da cuenta de algunos procesos disipativos y de relajación del sistema ̂0 generados por la interacción del sistema con el ambiente [7], 𝐻 representa el operador Hamiltoniano del sistema cuántico sin interactuar con el campo óptico, 𝑉̂(𝑡) = − ̂𝝁 ∙ 𝑬(𝑡) es el operador Hamiltoniano, en la aproximación dipolar, de la interacción entre el campo óptico 𝑬(𝑡) y el operador momento ̂ , de la nano-estructura, 𝜌̂(0) (𝑡) es el operador dipolar 𝝁 densidad del sistema no perturbado, Γ̂ es el operador fenomenológico responsable de los procesos de relajación y sus 4 Submission 99 elementos matriciales se asocian con los tiempos de relajación de los procesos de emisión espontánea y pérdida de coherencia del sistema, los valores de estos tiempos son tomados de resultados reportados en la literatura [25-26]. polarización eléctrica inducida 𝑷(𝑡) en el sistema cuántico nano-estructurado por la interacción con un campo óptico de luz, así: 1 Incluir el término fenomenológico en la Ec. (13) indica que el método anteriormente descrito no considera en su deducción los procesos de relajación del sistema. Para solucionar este problema, en esta investigación se propone calcular la evolución temporal del operador densidad del sistema mediante la solución de una la ecuación maestra en la forma Lindblad que involucra los procesos de emisión espontánea (𝛾). La ecuación maestra que se considerará es [27-28]: 𝜕𝜌 ̂ 𝜕𝑡 1 ̂0 + 𝑉̂(𝑡), 𝜌̂] + 𝛾 ℒ 𝜎̂ {𝜌̂}, = 𝑖ℏ [𝐻 (14) 𝜎̂ es operador desexcitación de la materia, los valores 𝛾 son tomados de resultados experimentales y ℒ es un súper operador definido como: 1 ℒ𝑂̂ {𝜌̂} ≡ 2 (2𝑂̂𝜌̂𝑂̂† − 𝑂̂ † 𝑂̂𝜌̂ − 𝜌̂𝑂̂† 𝑂̂). (15) La Ec. (14) muestra la ecuación maestra en la forma Lindblad que describe la interacción de un sistema cuántico con un campo óptico clásico considerando los procesos de emisión espontánea; sin embargo el formalismo de la teoría cuántica de sistemas abiertos permite explorar la respuesta óptica lineal y no lineal en nano-estructuras cuando éstas interactúan con un campo óptico clásico o un campo óptico cuántico, contrario a lo que sucede con el método fenomenológico convencional basado en la Ec. (13) que limita el estudio a respuesta óptica producida por la interacción de nano-estructuras con campo óptico clásico. Para hacer un estudio teórico de las respuestas ópticas lineal y no lineal en nano-estructuras semiconductoras interactuado con campos cuánticos de luz, el operador Hamiltoniano total del ̂𝑡𝑜𝑡 [12, 29-30] sistema, nano-estructura + campo, 𝐻 ̂𝑡𝑜𝑡 = 𝐻 ̂0 + 𝐻 ̂𝑒𝑚 + 𝐻 ̂𝑒𝑚−𝑒 , 𝐻 (16) ̂0, el consiste del operador Hamiltoniano de la nano-estructura 𝐻 ̂𝑒𝑚 operador Hamiltoniano del campo electromagnético libre 𝐻 ̂𝑒𝑚−𝑒 . y del operador Hamiltoniano de interacción luz-materia 𝐻 La ecuación maestra en la forma Lindblad que considera los procesos de emisión espontánea (𝛾) para el sistema, nanoestructura + campo, es: 𝜕𝜌 ̂𝑆 𝜕𝑡 = 1 𝑖ℏ ̂𝑡𝑜𝑡 , 𝜌̂𝑆 ] + 𝛾 ℒ𝜎̂ {𝜌̂𝑆 }. [𝐻 (19) ̂ operador son el volumen y momento dipolar de la nano𝑉y𝝁 estructura respetivamente. La combinación de las Ecs. (12) y (19) permiten obtener expresiones de las susceptibilidades ópticas lineales y no lineales. Sistema cuántico nano-estructurado Se soluciona la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo: ̂0𝜑𝑛 = 𝐸𝑛 𝜑𝑛 , 𝐻 (20) que corresponde a las energías 𝐸𝑛 y funciones de onda 𝜑𝑛 del ̂0 de una impureza donadora en punto operador Hamiltoniano 𝐻 cuántico cilíndrico de 𝐺𝑎𝐴𝑠/𝐴𝑙𝐺𝑎𝐴𝑠 sometidos a un campo magnético uniforme 𝑩 orientado en la dirección axial del QD. ̂0 se puede En el marco de la aproximación de masa efectiva 𝐻 escribir como: 2 2 ̂0 = 1 ∗ (𝑷 ̂ − 𝑒 𝑨) − 𝑒 𝐻 + 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑓 (𝒓), 2𝑚 𝑐 𝜀 |𝒓−𝒓 | 𝟎 (21) ̂ es el operador momento 𝑚∗ es la masa efectiva del electrón, 𝑷 lineal, 𝑒 es la carga eléctrica fundamental, 𝑐 es la velocidad de la luz en el vacío, 𝒓𝟎 es la posición de la impureza medida desde el centro del QD, 𝜀 es la constante dieléctrica del semiconductor 𝐺𝑎𝐴𝑠 dentro del QD, 𝑨 es el potencial vector del campo magnético uniforme el cual se puede escribir como 𝑨(𝒓) = 1 𝑩 × 𝒓 con 𝑩 = 𝐵𝒛̂ y en coordenadas cilíndricas se convierte 2 1 en 𝐴𝜌 = 𝐴𝑧 = 0, 𝐴𝜑 = 2 𝐵𝜌, 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑓 (𝒓) es un potencial de confinamiento finito [31]. La Ec. (20) no tiene solución analítica cuando se considera un operador Hamiltoniano como el que está descrito por la Ec. (21), así que es necesario recurrir a métodos numéricos de solución tales como el método variacional [32 - 33]. Las impurezas en heteroestructuras de baja dimensionalidad son utilizadas en un amplio rango de aplicaciones en optoelectrónica. En los últimos años se ha incrementado el estudio de sistemas cuánticos con impurezas en sistemas nanoestructurados estimulando la creación de detectores de infrarrojos, dispositivos utilizados en espintrónica, dispositivos láser en el infrarrojo y el verde [33]. (17) La solución de la Ec. (17) es el operador densidad del sistema 𝜌̂𝑆 , la respuesta óptica de la nano-estructura se obtiene con la traza parcial de 𝜌̂𝑆 sobre los grados de libertad del campo, 𝜌̂ = 𝑇𝑟𝐸𝑀 (𝜌̂𝑆 ), ̂ (𝑡)〉 = 𝑇𝑟[𝜌̂(𝑡) 𝝁 〈𝑷 ̂ ], 𝑉 (18) Finalmente, el conocimiento del operador densidad de la nanoestructura 𝜌̂(𝑡) permite calcular el valor esperado la También, diversas investigaciones teóricas y/o experimentales sobre el control de la respuesta óptica no lineal de QD’s semiconductores se han realizado considerando agentes externos tales como presión y la temperatura [34-36], campos eléctricos [37] y campos magnéticos [17, 20, 38], motivando el desarrollo de nuevas y/o potenciales aplicaciones tecnológicas. 5 Submission 99 REFERENCIAS 1- E. Giraldo-Tobón, et al., “Influence of applied electric fields on the electron related second and third-order nonlinear optical responses in two dimensional elliptic quantum dots” Superlattices and Microstructures 83, 157 (2015). 2- C. Janisch, et al., “Extraordinary Second Harmonic Generation in Tungsten Disulfide Monolayers” Scientific Reports 4, 5530 (2014). 3- J. Lee, et al., “Giant nonlinear response from plasmonic metasurfaces coupled to intersubband transitions” Nature 511, 65 (2014). 4- C. Reimer, et al., “Crosspolarized photon-pair generation and bi-chromatic ally pumped optical parametric oscillation on a chip” Nature Communications 6, 1 (2015). 5- S. Buckley, et al., “Second-Harmonic Generation in GaAs Photonic Crystal Cavities in (111)B and (001) Crystal Orientations” ACS Photonics 6, 516 (2014). 6- E. Rosencher and Ph. Bois, “Model system for optical nonlinearities: Asymmetric quantum wells” Physical Review B 44, 11315 (1991). 7- R. W. Boyd, et al., Nonlinear Optics, Academic Press, (2003). 8- N. Zamani, et al., “Nano multi-layered spherical quantum dot optimization by PSO algorithm: Maximizing the optical absorption coefficient” Superlattices and Microstructures 77, 82 (2015). 9- J. H. Yuan, et al., “The low-lying states and optical absorption properties of a hydrogenic impurity in a parabolic quantum dot modulation by applied electric field” Physica E 68, 232 (2015). 10- B. Vaseghi, et al., “Optical properties of parabolic quantum dots with dressed impurity: Combined effects of pressure, temperature and laser intensity” Physica B 456,171 (2015). 11- J.J Sakurai, Modern Quantum Mechanics, AddisonWesley (1994). 12- H.P.Breuer and F. Petruccione, “The theory of open quantum systems”. Oxford University Press (2002). 13- O. Calderón and K. Fonseca, “Control del enredamiento atómico mediante el efecto Stark dinámico generado en una cQED” Tesis de Maestría, Universidad Nacional de Colombia (2010). 18- 19202122232425- 26272829303132- 14- H. A. M. Leymann, A. Foerster, and J. Wiersig, “Expectation value based equation-of-motion approach for open quantum systems: A general formalism” Physical Review B 89, 085308 (2014). 15- J. M. Torres., “Closed-form solution of Lindblad master equations without gain” Physical Review A 89, 052133 (2014) 16- V. V. Albert, L. Jiang., “Symmetries and conserved quantities in Lindblad master equations” Phys. Rev. A 89, 022118 (2014). 17- Q. Wu, et al., “Polaron effects on the linear and the nonlinear optical absorption coefficients and refractive 33- 34- 35- index changes in cylindrical quantum dots with applied magnetic field” Physica B 410, 206 (2013). K. Takizawa, et al., “Analysis of the quadratic retardation induced by the Pockels, Kerr, and inverse piezoelectric effects in an X-cut Y-propagation LiNbO3”Japanese Journal of Applied Physics 53, 052601 (2014). W. Zhai., “A study of electric-field-induced secondharmonic generation in asymme rical Gaussian potential quantum wells” Physica B 454, 50 (2014). X. Li, et al., “Nonlinear optical rectification in asymmetric quantum dots with an external static magnetic field” Physica E 56, 130 (2014). W. Xie., “The nonlinear optical rectification of a confined exciton in a quantum dot” Journal of Luminescence 131, 943 (2011). M. K. Olsen., “Asymmetric Gaussian harmonic steering in second-harmonic generation” Physical Review A 88, 051802 (2013). W. Xie, “Third-order nonlinear optical susceptibility of a donor in elliptical quantum dots” Superlattices and Microstructures 53, 49 (2013). S. Shao, et al., “Third-harmonic generation in cylindrical quantum dots in a static magnetic field” Solid State Communications 151, 289 (2011). E. Kasapoglu, C.A. Duque, M.E. Mora-Ramos, I. Sökmen, “The effects of the intense laser field on the nonlinear optical properties of a cylindrical Ga1-xAlxAs/GaAs quantum dot under applied electric field” Physica B 474 15 (2015).. Kangxian Guo, Guanghui Liu, Lu Huang, Xianyi Zheng, “Linear and nonlinear optical absorption coefficients of spherical dome shells, Optical Materials” 46 361 (2015). C. A. Vera, et al., “Characterization of dynamical regimes and entanglement sudden death in a microcavity quantum dot system” J. Phys.: Condens. Matter 21, 395603 (2009). A. Laucht, et al., “Dephasing of Exciton Polaritons in Photoexcited InGaAs Quantum Dots in GaAs Nanocavities” Phys. Rev. Lett. 103, 087405 (2009). P.D. Drummond, M. Hillery., “The quantum theory of nonlinear optics”, Cambridge University Press (2014). M. Kira, and S. W. Koch, “Semiconductor Quantum Optics”, Cambridge University Press, New York, (2012). P. Villamil., “Donor in cylindrical quantum well wire under the action of an applied magnetic field” Physica E 42, 2436 (2010). P. Bulut, et al., “Binding energy of 2p-bound state of a hydrogenic donor impurity in a image spherical quantum dot under hydrostatic pressure” Physica E 63, 299 (2014). P. Villamil, C.L. Beltrán., “1s-like state binding energy of a donor impurity bound to Xz valleys of GaAs/AlAs type II quantum dots with an uniform applied magnetic field” Journal of Physics: Conference Series 480, 1 (2014). S. Liang, W. Xie., “Effects of the hydrostatic pressure and temperature on optical properties of a hydrogenic impurity in the disc-shaped quantum dot” Physica B 406, 2224 (2011). M. J Karimi, et al., “Linear and nonlinear optical properties of multilayered spherical quantum dots: Effects of geometrical size, hydrogenic impurity, hydrostatic 6 Submission 99 pressure and temperature” Journal of Luminescence 145, 55 (2014). 36- M. Kirak, et al., “The effects of the hydrostatic pressure and temperature on binding energy and optical properties of a donor impurity in a spherical quantum dot under external electric field” Journal of Luminescence 136, 415 (2013). 37- O. Aytekin, et al. “Nonlinear optical properties of a Woods–Saxon quantum dot under an electric field” Physica E 54, 257 (2013). 38- R. Khordad R. “Effect of magnetic field on linear and nonlinear optical properties in a parabolic cylindrical quantum dot” Journal of optics 42, 83 (2013). Alfonso A. Portacio Lamadrid. Nació en Sahagún – Córdoba, Colombia. Físico egresado de la Universidad de Córdoba – Colombia, 2005. Magister en Física egresado de la Universidad de Córdoba en el marco del red Sue Caribe, 2008. Actualmente, Candidato a Doctor en Física y se realiza investigaciones teóricas en óptica no lineal, óptica cuántica y sistemas cuánticos abiertos. Ha desarrollado actividades de investigación y docencia en la Universidad de Córdoba entre los años 2006 y 2013. Luego en la Universidad de Sucre hasta el año 2015. Actuantemente, es docente de planta en la Universidad de los Llanos, adscrito a la Facultad de Ciencias Básicas e Ingenierías. Pablo E. Villamil Barrios. Profesor de la Universidad de Sucre – Colombia. Físico 1982, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá Magister en Física, 1997 Universidad del Valle. Tesis: Estados excitados de impurezas donoras en hilos cuánticos de GaAs-(Ga, Al)As bajo la acción de campos magnéticos. Doctor en Ciencias Físicas, 2001 Universidad del Valle. Tesis: Propiedades electrónicas de estados de impurezas y de excitones en hilos cuánticos de GaAs-(Ga, Al)As, bajo la acción de campos magnéticos. Boris A. Rodríguez Rey. Profesor de la Universidad de Antioquia – Colombia. Físico 1994, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. Tesis: Teoría de campos sobre un modelo no convencional Magister en Física, 1997 Universidad De Antioquia - Udea. Tesis: Puntos cuánticos: una aproximación por el método 1/N. Doctor en Ciencias Físicas, 2002 Universidad De Antioquia Udea. Tesis: Núcleos Artificiales: Un estudio teórico sobre las correlaciones electrón hueco para el estado base de un sistema finito confinado en un punto cuántico parabólico bidimensional.