本文關(guān)鍵詞：表面等離激元的量子干涉，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科技發(fā)展的日新月異,人們對(duì)信息處理的速度要求越來(lái)越高,而現(xiàn)今的傳統(tǒng)信息技術(shù)發(fā)展開(kāi)始遭遇瓶頸,量子信息技術(shù)開(kāi)始得到人們的關(guān)注和研究。為了能實(shí)際應(yīng)用上量子信息,集成化又成為了必然的一種趨勢(shì)。但是傳統(tǒng)光學(xué)器件都不能突破光學(xué)衍射極限,這限制了其在量子集成芯片中的應(yīng)用,于是表面等離激元,這種可以突破衍射極限并在亞波長(zhǎng)量級(jí)傳播的電子密度波,開(kāi)始被引入到量子集成回路的應(yīng)用中去。表面等離激元波導(dǎo)因具有比傳統(tǒng)光波導(dǎo)更小的尺寸而適合做集成化的工作,而吸引了越來(lái)越多的人對(duì)表面等離激元進(jìn)行研究,將表面等離激元帶入量子集成回路中作為信息傳輸?shù)囊环N方式成為了一個(gè)發(fā)展方向。同時(shí),利用表面等離激元的性質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)量子集成回路中的功能器件也是一種十分有意義的研究方向。本人在博士期間的研究課題主要是利用納米加工技術(shù)制作表面等離激元波導(dǎo)并研究其在量子信息中的應(yīng)用。本文將在以下幾個(gè)方面介紹在博士期間完成的幾個(gè)工作：1.電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)的制備和基礎(chǔ)性研究電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)被認(rèn)為是幾種常用表面等離激元波導(dǎo)中表現(xiàn)最好的一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu),主要體現(xiàn)在該類型波導(dǎo)可以在波導(dǎo)有效傳輸距離和波導(dǎo)內(nèi)模式限制兩者之間達(dá)到一個(gè)最佳的權(quán)衡。電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)的常用結(jié)構(gòu)為在金膜上的PMMA(一種電子束光刻膠)介質(zhì)波導(dǎo),因此可以通過(guò)電子束光刻技術(shù)來(lái)制備該波導(dǎo)。通過(guò)有效的模擬和設(shè)計(jì)波導(dǎo)尺寸以及對(duì)加工技術(shù)的探索和改進(jìn),我們可以制備出相應(yīng)的符合我們要求的亞波長(zhǎng)尺寸的波導(dǎo)并以此展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。利用光纖錐近場(chǎng)激發(fā)電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)在理論上被認(rèn)為是一種效率可以非常高的激發(fā)手段。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了用光纖錐近場(chǎng)激發(fā)表面等離激元波導(dǎo)內(nèi)的模式,并且觀察到了波導(dǎo)內(nèi)表面等離激元在波導(dǎo)另一端散射出光信號(hào)的現(xiàn)象。2.單個(gè)表面等離激元間的量子干涉實(shí)驗(yàn)量子干涉是量子信息中對(duì)光量子進(jìn)行操作的一種重要方式。將表面等離激元應(yīng)用到量子集成回路中作為信息載體,表面等離激元本身能否進(jìn)行量子干涉對(duì)其在量子信息中的應(yīng)用具有重要意義。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀測(cè)到了非常高的干涉可見(jiàn)度的單個(gè)表面等離激元間的量子干涉現(xiàn)象。這證明了單個(gè)表面等離激元的玻色子特性,也表明用單個(gè)表面等離激元作為量子比特來(lái)進(jìn)行集成的量子計(jì)算操作和量子模擬也是一種可行性的方案。表面等離激元的固有損耗對(duì)其量子干涉的影響也得到了討論,證明損耗確實(shí)可以影響二階關(guān)聯(lián)的量子干涉可見(jiàn)度,但是可以通過(guò)合適的選擇來(lái)降低這種由固有損耗帶來(lái)的影響。3.利用多模電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)設(shè)計(jì)集成的功能性器件相比較傳統(tǒng)的集成波導(dǎo)都是單模波導(dǎo),利用多模電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)可以設(shè)計(jì)出即適合集成化又能實(shí)現(xiàn)一些特殊功能的器件。我們?cè)诶碚撋显O(shè)計(jì)出了利用多模的電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)組成的定向耦合器結(jié)構(gòu),可以在功能上實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)內(nèi)的不同模式的分離,以此種功能我們可以進(jìn)一步的利用多模波導(dǎo)內(nèi)的不同模式作為一種信息編碼方案。同時(shí)這種波導(dǎo)構(gòu)成的定向耦合器可以實(shí)現(xiàn)在不改變自己尺寸的前提下調(diào)節(jié)整體分束比的功能,并且在實(shí)驗(yàn)上,我們觀察到了在同一個(gè)結(jié)構(gòu)上的分束比變化現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：表面等離激元 集成光波導(dǎo) 量子集成回路 量子干涉
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN252;O431.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-32
• 1.1 量子信息簡(jiǎn)介12-14
• 1.2 表面等離激元簡(jiǎn)介14-23
• 1.2.1 表面等離激元15-17
• 1.2.2 表面等離激元的特性17-19
• 1.2.3 表面等離激元的激發(fā)方式19-21
• 1.2.4 表面等離激元的應(yīng)用21-23
• 1.3 量子光學(xué)集成回路簡(jiǎn)介23-32
• 1.3.1 量子光學(xué)集成回路24-26
• 1.3.2 量子光學(xué)集成回路應(yīng)用26-28
• 1.3.3 量子光學(xué)集成回路的加工方法28-32
• 第2章 電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)的制備及研究32-50
• 2.1 幾種常見(jiàn)的表面等離激元波導(dǎo)32-36
• 2.1.1 “V”型溝槽金屬波導(dǎo)32-34
• 2.1.2 楔形金屬波導(dǎo)34-35
• 2.1.3 電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)35-36
• 2.2 電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)模型的模擬36-40
• 2.2.1 模擬的目的36
• 2.2.2 模擬的步驟36-37
• 2.2.3 模擬的結(jié)果與分析37-39
• 2.2.4 本節(jié)小結(jié)39-40
• 2.3 電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)的制備40-44
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)裝備和制備過(guò)程40-42
• 2.3.2 制備的結(jié)果與分析42-43
• 2.3.3 本節(jié)小結(jié)43-44
• 2.4 電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)的激發(fā)和觀測(cè)44-48
• 2.4.1 激發(fā)方式與實(shí)驗(yàn)裝置44-47
• 2.4.2 波導(dǎo)有效傳播長(zhǎng)度的測(cè)量47-48
• 2.4.3 本節(jié)小結(jié)48
• 2.5 本章總結(jié)48-50
• 第3章 表面等離激元的量子干涉實(shí)驗(yàn)50-74
• 3.1 背景介紹50-53
• 3.1.1 Hong-Ou-Mandel干涉50-51
• 3.1.2 自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換光子對(duì)51-52
• 3.1.3 單個(gè)表面等離激元52-53
• 3.2 單個(gè)表面等離激元間的量子干涉實(shí)驗(yàn)53-66
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>53
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)計(jì)53-57
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析57-66
• 3.2.4 本節(jié)小結(jié)66
• 3.3 表面等離激元的固有損耗的影響分析66-71
• 3.3.1 分析的目的66-67
• 3.3.2 分析過(guò)程67-71
• 3.3.3 本節(jié)小結(jié)71
• 3.4 本章總結(jié)71-74
• 第4章 基于多模表面等離激元波導(dǎo)的功能器件設(shè)計(jì)74-88
• 4.1 背景介紹74-75
• 4.2 模式編碼以及模式分束器的設(shè)計(jì)75-81
• 4.2.1 設(shè)計(jì)目的75
• 4.2.2 模式耦合理論模型75-81
• 4.2.3 本節(jié)小結(jié)81
• 4.3 可變分束比的定向耦合器的實(shí)現(xiàn)81-87
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析82-87
• 4.3.2 本節(jié)小結(jié)87
• 4.4 本章總結(jié)87-88
• 第5章 總結(jié)與展望88-90
• 參考文獻(xiàn)90-100
• 致謝100-102
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果102

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