Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1705-1709 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220120170500

Subpicosecond excitonic optical nonlinearities in quantum wells

M. Joffre, D. Hulin, A. Migus, A. Mysyrowicz et A. Antonetti

Laboratoire d'Optique Appliquée, ENS Techniques Avancées, Ecole Polytechnique, 91120 Palaiseau, France

Abstract
Excitonic resonances in semiconductors are very sensitive to applied optical fields. We present here a comparison between the effects of resonant and non resonant optical excitation, creating respectively real or virtual excitons. A blue shift of the exciton line and a reduction of the oscillator strength are simultaneously observed in multiple-quantum-well-structures for the two following cases : presence of a population of real excitons in very thin wells (two-dimensional systems), or presence of an intense offresonance non absorbed optical field (virtual excitons) independently of the well thickness. The latter configuration (optical Stark effect) has been studied as a function of pump intensity, determining in particular how the saturation of the blue shift is related to the exciton bleaching.

Résumé
Les résonances excitoniques dans les semiconducteurs sont particulièrement sensibles à l'action d'un champ lumineux. Nous avons comparé les effets d'une excitation optique, selon qu'elle est résonnante ou non résonnante, c'est-à-dire qu'elle crée des excitons réels ou virtuels. On observe dans les structures à puits quantiques multiples un décalage vers le bleu des raies excitoniques accompagné par une diminution de la force d'oscillateur de la résonance dans les deux cas suivants : présence d'une population d'excitons dans des puits très étroits (systèmes bi-dimensionnels), ou présence d'un champ optique intense non résonnant (création virtuelle d'excitons) quelle que soit la largeur du puits. Cette dernière configuration, dite effet Stark optique, a été étudiée en fonction de l'intensité de l'excitation lumineuse, permettant de déterminer en particulier la relation qu'il y a entre la saturation du décalage de la raie et l'écrantage de l'absorption excitonique.

PACS
4265 - Nonlinear optics.
7135 - Excitons and related phenomena.
7820D - Optical constants and parameters condensed matter.
7865J - Optical properties of nonmetallic thin films.

Key words
excitons -- nonlinear optics -- oscillator strengths -- semiconductor superlattices -- spectral line shift -- Stark effect -- subpicosecond excitonic optical nonlinearities -- excitonic resonances -- real excitons -- nonresonant optical excitation -- exciton line blue shift -- oscillator strength reduction -- nonabsorbed optical field -- quantum wells -- resonant optical excitation -- virtual excitons -- multiple quantum well structures -- well thickness -- optical Stark effect -- pump intensity -- exciton bleaching