發(fā)布時(shí)間：2020-09-14 14:59

　　 本論文主要從理論上研究了半導(dǎo)體量子點(diǎn)和NV色心的相干光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控及應(yīng)用,其中著重研究了利用暗態(tài)來實(shí)現(xiàn)原子核自旋的冷凍和極化。首先介紹了研究背景,基本概念以及應(yīng)用前景。我們的工作主要包括兩部分內(nèi)容:用非線性量子光學(xué)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)和NV色心中原子核自旋的極化和漲落抑制;以及量子點(diǎn)在強(qiáng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的非線性量子光學(xué)性質(zhì)。量子信息和量子計(jì)算都需要維持電子的相干性,而與原子核自旋的超精細(xì)相互作用是引起電子退相干的主要原因,因此原子核自旋的漲落抑制是解決這一問題的關(guān)鍵。在第一部分中,我們就提出了一種冷凍半導(dǎo)體量子點(diǎn)中的原子核自旋的有效方法,主要是通過光場(chǎng)調(diào)制的相干布居捕獲(coherent population trapping)以及微波場(chǎng)調(diào)制的電子偶極自旋共振(electric dipole spin resonance)實(shí)現(xiàn)的。電子偶極自旋共振能夠加強(qiáng)電子自旋的翻轉(zhuǎn)率,在一定的條件下還會(huì)引起雙穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生。通過對(duì)光場(chǎng)的調(diào)節(jié),我們可以避開電子偶極自旋共振引起的雙穩(wěn)態(tài),并獲得極化度很高的原子核自旋態(tài),而這對(duì)電子自旋相干時(shí)間的延長是十分有利的。在相干布居捕獲和電子偶極自旋共振的共同調(diào)制下,經(jīng)過500納秒的制備之后,電子的自旋相干時(shí)間被延長了 1500倍。另外,我們還可以通過改變磁場(chǎng)的方向來滿足暗態(tài)條件。通過旋轉(zhuǎn)靜態(tài)磁場(chǎng)的方向,我們能夠使電子達(dá)到暗態(tài),并得到分布寬度相當(dāng)窄且極化程度很高的原子核自旋態(tài)。除了電子自旋外,NV色心中的單個(gè)原子核自旋也是量子比特的候選者之一。我們找出了造成其無法完全實(shí)現(xiàn)暗態(tài)的可能原因,并提出了采用“雙暗態(tài)”來解決這一問題。然后我們還研究了半導(dǎo)體量子點(diǎn)在強(qiáng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的輻射譜的調(diào)制,因?yàn)樗軌驇椭覀兏玫厝ダ斫馕锢肀举|(zhì),并有著豐富的應(yīng)用前景。通過把半導(dǎo)體量子點(diǎn)中的光學(xué)過程映射到量子輸運(yùn)過程中去,我們建立了光學(xué)中的輻射譜強(qiáng)度與量子輸運(yùn)中能帶寬度之間的關(guān)系。此外,我們能夠通過動(dòng)力學(xué)的以及對(duì)稱性的兩種手段去調(diào)制半導(dǎo)體量子點(diǎn)的非線性輻射譜,包括高次諧波和超拉曼線兩部分。特別是,我們可以通過調(diào)制獲得一些不尋常的輻射譜,比如:只有超拉曼線組分的,或只有“奇次諧波”/“偶次諧波”組分的輻射譜。
【學(xué)位單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：O571
【部分圖文】：

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本文編號(hào)：2818315