【摘要】：隨著量子技術(shù)的發(fā)展和理論的不斷完善,尋找更好的量子信息處理方案成為了一個前景廣闊的研究方向。其中,高效、穩(wěn)定、可擴展量子光源的實現(xiàn)是一個亟待解決的關(guān)鍵問題。半導體量子點由于其簡單的實現(xiàn)特性、易于集成和潛在的大規(guī)模應用價值,近年來引起了人們的關(guān)注,因此,利用半導體量子點的單光子源是當前研究的熱點。實現(xiàn)高單光子純度的量子光源可以保證量子通信的安全性并最大限度地減少量子計算和模擬中的錯誤,在實際生產(chǎn)應用中具有重大意義。本文在量子點光子分子和量子點腔陣列耦合系統(tǒng)的基礎上,提出了兩種方案來產(chǎn)生高效穩(wěn)定的單光子源。主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:1.第三章提出了一種基于量子點-光子分子耦合系統(tǒng)的高效、可擴展單光子源。該系統(tǒng)使用由兩個光學微腔A和B耦合形成的光子分子,其中一個微腔含有量子點。連續(xù)波激勵激光作用于A腔中的量子點,通過耦合強度g與腔A相互作用,且通過A腔與B腔中光場的相互作用,在B腔中產(chǎn)生單光子,并在其中進行輸出提取。本模型在設計過程中充分考慮到了實際應用中必然遇到的問題,即輸出光與激勵光的分離,我們介紹了本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在輸出光與激勵光分離時的優(yōu)勢所在,還深入分析了一些衡量單光子源性能的物理概念與含義。針對計算結(jié)果我們給出了詳盡的分析,找到了一些決定系統(tǒng)性能的參數(shù)間關(guān)系的規(guī)律性,并對實際制備這一系統(tǒng)提供了建議。該系統(tǒng)在大范圍的點腔耦合強度變化(0.25kgk)和低腔隧穿強度(J≥0.5 k)下保持良好的單光子純度。采用E/2π=1GHz強度的連續(xù)波激勵,在可實現(xiàn)的最佳實驗參數(shù)條件下,系統(tǒng)的零延遲二階相關(guān)函數(shù)可接近10-7且同時保證0.25個每納秒的輸出光子強度。在本文提出的單光子純度與輸出強度均衡的方案下,可以實現(xiàn)單光子時均輸出達1.1個每納秒的同時保證單光子純度達到g2(0)10-5。我們還從理論上解釋了系統(tǒng)產(chǎn)生亞泊松分布光的原因。本文所提出的模型對未來量子信息處理中高效、可擴展的單光子源設計具有重要的指導意義。2.第四章中進一步研究了連續(xù)波激勵量子點下單量子點與由三個空腔A、B、C耦合形成的微腔陣列耦合系統(tǒng)的性能。量子點處于腔A中,與腔A的光學模式耦合,且腔A與腔B相鄰、與腔C不相鄰。在腔B腔C中都可以得到單光子輸出,只是腔C中的單光子純度較低,因此我們在腔B中進行單光子的提取。研究結(jié)果表明,引入一個額外的空腔可以在一定程度上使系統(tǒng)較第三章中設計的單光子源產(chǎn)生純度更高的單光子,并且,在某些參數(shù)條件下,還可以從系統(tǒng)中得到超泊松分布光。某些參數(shù)范圍內(nèi)其單光子純度優(yōu)于前面的量子點-光子分子耦合系統(tǒng),意味著可以通過腔C的引入對第三章中設計的單光子源的單光子純度性能進行改善。這一系統(tǒng)的缺點在于構(gòu)造上較為復雜,且單光子輸出效率比第三章中提出的系統(tǒng)略差。而當某些量子光學過程需要更高的單光子純度時,可以采用本系統(tǒng)提出的模型構(gòu)造單光子源。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O471.1
【圖文】：

邐第一章緒論邐逡逑一種經(jīng)典的量子點制備方式采用ＧａＡｓ作為基底，生長制備ＩｎＡｓ量子點逡逑［１８］，這兩種材料的晶格失配較大，因此采用分子外延的方法制備生長。由此種逡逑材料制備的量子點有著很寬的能量帶隙，可以在寬范圍內(nèi)對系統(tǒng)的光譜進行調(diào)逡逑控。制備過程中，會形成一種稱作浸潤層的結(jié)構(gòu)，由ＩｎＡｓ構(gòu)成。量子點制備技逡逑術(shù)隨著實驗技術(shù)的不斷進步愈發(fā)成熟，可以批量制備大量量子點。這里簡要描逡逑述一下這種ＧａＡｓ中基于ＩｎＡｓ的量子點這種自組裝外延生長量子點。ＩｎＡｓ和逡逑ＧａＡｓ是共價的鍵合直接帶隙半導體，其帶隙能量在４ｋ時為Ｅｇ（ＩｎＡｓ）＝逡逑０．４３ｅｖ，Ｅｇ（ＧａＡｓ）邋＝邋１．５２邋ｅＶ，７％的ＧａＡｓ和ＩｎＡｓ之間的晶格常數(shù)不匹配抑制逡逑

兩個低能暗態(tài)激子，＝邋±２；邋—個亮態(tài)雙激子，——兩個電子和兩個空穴；逡逑和兩個帶電荷的稱為三子的激子——激子含有一個多余電子ｐｒ＞或空穴丨義＋＞。逡逑圖１－２繪制了邋ＧａＡｓ量子點的激子丨；0、雙激子丨義；0和三子態(tài)ｐＴ＞、的光逡逑譜，圖片上方的四個圓形圖中展示的是四個峰值對應的量子點的電荷、自旋分逡逑布結(jié)構(gòu)。逡逑ｆ！0ｊ邋Ｘ邋＞0＜邐父Ｊ？—逡逑？§邋Ａ—ｍ逡逑—邋ｙ邋１邐＊邐｜邐！邐！邐邐，Ｔ逡逑１７４０邐１７５０逡逑Ｐｈｏｔｏｎ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋（ｍｅＶ）逡逑圖１－２邋ＧａＡｓ量子點的非共振光致發(fā)光譜＠逡逑１．３腔置子電動力學逡逑在描述對量子點進行放射調(diào)控的簡單系統(tǒng)模型中，量子點被視為一個放射逡逑源，其余系統(tǒng)視作放射源所處的光場環(huán)境。如果這一光場環(huán)境是受到限制的，逡逑且系統(tǒng)中光的量子特性顯著時，可以用腔量子電動力學對其進行物理分析％］。逡逑ＣＱＥＤ的初步研究主要是基于里德堡原子［２７］或基態(tài)原子［２８］的熱束，之后是逡逑基于被困在法布里－珀羅空腔中的激光冷卻原子［２９Ｌ在基于這些系統(tǒng)的實驗中，逡逑己經(jīng)實現(xiàn)了對光－物質(zhì)相互作用的前所未有的控制

兩個低能暗態(tài)激子，＝邋±２；邋—個亮態(tài)雙激子，——兩個電子和兩個空穴；逡逑和兩個帶電荷的稱為三子的激子——激子含有一個多余電子ｐｒ＞或空穴丨義＋＞。逡逑圖１－２繪制了邋ＧａＡｓ量子點的激子丨；0、雙激子丨義；0和三子態(tài)ｐＴ＞、的光逡逑譜，圖片上方的四個圓形圖中展示的是四個峰值對應的量子點的電荷、自旋分逡逑布結(jié)構(gòu)。逡逑ｆ！0ｊ邋Ｘ邋＞0＜邐父Ｊ？—逡逑？§邋Ａ—ｍ逡逑—邋ｙ邋１邐＊邐｜邐！邐！邐邐，Ｔ逡逑１７４０邐１７５０逡逑Ｐｈｏｔｏｎ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋（ｍｅＶ）逡逑圖１－２邋ＧａＡｓ量子點的非共振光致發(fā)光譜＠逡逑１．３腔置子電動力學逡逑在描述對量子點進行放射調(diào)控的簡單系統(tǒng)模型中，量子點被視為一個放射逡逑源，其余系統(tǒng)視作放射源所處的光場環(huán)境。如果這一光場環(huán)境是受到限制的，逡逑且系統(tǒng)中光的量子特性顯著時，可以用腔量子電動力學對其進行物理分析％］。逡逑ＣＱＥＤ的初步研究主要是基于里德堡原子［２７］或基態(tài)原子［２８］的熱束，之后是逡逑基于被困在法布里－珀羅空腔中的激光冷卻原子［２９Ｌ在基于這些系統(tǒng)的實驗中，逡逑己經(jīng)實現(xiàn)了對光－物質(zhì)相互作用的前所未有的控制

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 史冬梅;楊斌;;量子點材料與顯示技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J];科技中國;2017年12期

2 汪兆平,韓和相,李國華;自組織生長的量子點結(jié)構(gòu)及其光學特性[J];光散射學報;1997年01期

3 郭振振;唐玉國;孟凡渝;李力;楊大威;;熒光碳量子點的制備與生物醫(yī)學應用研究進展[J];中國光學;2018年03期

4 翁增勝;林秀菊;;量子點在光電功能器件的研究進展[J];高分子通報;2018年08期

5 安成守;王洪福;;基于量子點光學實驗探討物理創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J];考試周刊;2018年81期

6 白恒軒;黃慧姿;楊依依;孫澤毅;夏振坤;紀曉婧;;微波法制備碳量子點及其應用與熒光機理探究[J];化工管理;2019年01期

7 封強;俞重遠;劉玉敏;楊紅波;黃永箴;;運用解析方法分析量子點的應力應變分布[J];北京郵電大學學報;2006年02期

8 白光;量子點結(jié)構(gòu)垂直輻射器件[J];激光與光電子學進展;2002年09期

9 黃睿;吳紹全;;T型量子點結(jié)構(gòu)中的自旋極化輸運過程[J];低溫物理學報;2010年04期

10 彭英才;納米量子點結(jié)構(gòu)的自組織生長[J];固體電子學研究與進展;2000年02期

相關(guān)會議論文 前7條

1 張帆;趙東星;古英;陳弘毅;龔旗煌;;金屬球-量子點結(jié)構(gòu)失諧對量子點糾纏的增強效應[A];第十七屆全國量子光學學術(shù)會議報告摘要集[C];2016年

2 王寶瑞;孫征;孫寶權(quán);徐仲英;;InGaAs/GaAs鏈狀量子點結(jié)構(gòu)的光學特性研究[A];第11屆全國發(fā)光學學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

3 胡楚喬;;溶劑熱法制備CuInSe_2量子點及其特性研究[A];第五屆新型太陽能電池學術(shù)研討會摘要集（量子點太陽能池篇）[C];2018年

4 鐘新華;潘振曉;饒華商;;量子點敏化太陽電池中的電荷復合調(diào)控[A];第五屆新型太陽能電池學術(shù)研討會摘要集（量子點太陽能池篇）[C];2018年

5 孔祥貴;;發(fā)光量子點結(jié)構(gòu)與生物偶聯(lián)的光譜分析表征[A];第八屆全國發(fā)光分析暨動力學分析學術(shù)研討會論文集[C];2005年

6 徐天寧;吳惠楨;斯劍霄;;Ⅳ-Ⅵ半導體量子點光學性質(zhì)及理論模擬[A];第十六屆全國半導體物理學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

7 黃偉其;劉世榮;;用量子受限模型分析硅氧化層中的鍺低維納米結(jié)構(gòu)(英文)[A];貴州省自然科學優(yōu)秀學術(shù)論文集[C];2005年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 記者 桂運安;半導體量子芯片研究再現(xiàn)“黑科技”[N];安徽日報;2018年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 劉昊;低維異質(zhì)結(jié)構(gòu)與新型Ⅲ-Ⅴ族半導體發(fā)光器件的研究[D];北京郵電大學;2019年

2 韋松;空氣氛圍制備無機量子點及其在發(fā)光二極管中的應用[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

3 牛相宏;新型二維及量子點材料電子與光學性質(zhì)的理論研究[D];東南大學;2017年

4 許瑞林;核殼結(jié)構(gòu)量子點的厚殼層快速制備及其光學性質(zhì)[D];東南大學;2017年

5 王永波;量子點比率熒光探針的設計及對活性生物分子的檢測研究[D];西北大學;2018年

6 石林;手性金團簇和CdSe量子點的合成及光學性質(zhì)調(diào)控[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

7 錢昕曄;納米硅量子點MOS結(jié)構(gòu)及納米硅量子點非揮發(fā)性浮柵存儲器的研究[D];南京大學;2013年

8 陳啟明;In(Ga)N基納米線結(jié)構(gòu)的分子束外延生長及物性分析[D];長春理工大學;2018年

9 湛晶;溶劑熱法制備全色熒光碳點和1T相二硫化鉬及相關(guān)的應用研究[D];上海大學;2018年

10 李果;拓撲絕緣體中受限電子態(tài)研究[D];清華大學;2017年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 林欣;甲胺鉛溴鈣鈦礦量子點的制備及其在電致發(fā)光器件中的應用研究[D];天津理工大學;2019年

2 鄧茗月;錳摻雜ZnS量子點制備、表面修飾及時間分辨分析[D];安徽建筑大學;2019年

3 朱子昂;量子點-微腔耦合系統(tǒng)理論與特性研究[D];北京郵電大學;2019年

4 郭晨陽;Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金量子點的制備、光學性質(zhì)及應用研究[D];南昌航空大學;2019年

5 常春;基于聚合物優(yōu)化的新型高效量子點發(fā)光二極管[D];南昌航空大學;2019年

6 曹小聰;氮摻雜氧化石墨烯量子點的大規(guī)模制備、酸誘導催化及其多色發(fā)光調(diào)控[D];海南大學;2017年

7 李臣澤;瀝青基石墨烯量子點的制備及其性能研究[D];中國石油大學(華東);2017年

8 郭幸;量子點熒光閃爍及機理研究[D];河南大學;2018年

9 康麗莎;介觀雙量子點系統(tǒng)的電子輸運特性[D];山東師范大學;2018年

10 周佳煥;雙量子點的輸運性質(zhì)研究[D];杭州師范大學;2018年

本文編號：2799719