微腔增强发射的半导体量子点单光子源

单光子源是实现量子密匙分配、线性光学量子计算的基本单元。作者回顾了单光子源在量子信息科学发展中的作用,讨论了光子的统计特性,分析了具有类似原子二能级结构的半导体量子点作为单光子发射源的特点,介绍了微腔与二能级系统的耦合以及微腔量子电动力学基本原理。在弱耦合区,Purcell效应导致微腔中量子点激子复合寿命降低,因此可用微腔来改善量子点单光子发射效率。文章总结了近年来在半导体微腔增强量子点单光子发射领域的进展,探讨了分布式布拉格反射微腔、柱状微腔和光子晶体微腔等结构对改善半导体量子点单光子发射和收集效率、光子极化以及光子全同性等方面的作用,并对未来半导体量子点单光子源的发展进行了展望。     

量子点单光子源及其制备方法研究进展

本文概述了量子保密通讯中面临的三大关键技术。并对关键技术之一的单光子源技术进行了重点介绍，如量子点作为单光子源的研究概况，单光子发射的实现、激子跃迁、双激子跃迁引起的聚束和反聚束效应和光子相关测量等。并介绍了国际上制备半导体自组装量子点在形貌、发光谱、极化以及近场光学用于量子点极化和激子发射等研究方面所取得的进展。     

基于InAs单量子点的单光子干涉

利用分子束外延生长 InAs 单量子点样品,测量了温度为 5 K 时单量子点的荧光(PL)光谱.采用时间关联光子强度测量(HBT)验证了 PL 光谱具有单光子发射特性.单光子通过马赫曾德尔 (MZ) 干涉仪,验证了单光子自身具有干涉特性.测量了当 MZ 干涉仪两臂偏振方向的夹角改变时对应的单光子干涉及条纹可见度的变化. 关键词： 量子点单光子源 反群聚效应 马赫曾德尔干涉     

量子点单光子源及其制备方法研究进展

本文概述了量子保密通讯中面临的三大关键技术。并对关键技术之一的单光子源技术进行了重点介绍,如量子点作为单光子源的研究概况,单光子发射的实现、激子跃迁、双激子跃迁引起的聚束和反聚束效应和光子相关测量等。并介绍了国际上制备半导体自组装量子点在形貌、发光谱、极化以及近场光学用于量子点极化和激子发射等研究方面所取得的进展。     

半导体自组织量子点量子发光机理与器件

介绍了自组织量子点单光子发光机理及器件研究进展.主要内容包括：半导体液滴自催化外延GaAs纳米线中InAs量子点和GaAs量子点的单光子发光效应、自组织InAs/GaAs量子点与分布布拉格平面微腔耦合结构的单光子发光效应和器件制备,单量子点发光的共振荧光测量方法、量子点单光子参量下转换实现的纠缠光子发射、单光子的量子存储效应以及量子点单光子发光的光纤耦合输出芯片制备等.     

脉冲激发三能级体系半导体量子点的单光子发射效率

研究了脉冲激发下单个半导体量子点中单光子发射的统计特性.在旋转波近似条件下，由系统粒子数演化主方程并结合量子回归理论推导了二阶相关函数的运动方程，利用此方程讨论了二阶相关函数随输入脉冲面积的关系.在窄脉冲宽度的脉冲激发下，单光子的发射概率p和效率η都随着强度的增强而产生振荡.研究表明，采用窄脉冲宽度，当输入脉冲面积在π附近时可以得到较高的单光子发射效率. 关键词： 半导体量子点 单光子发射 三能级系统     

量子点单光子源的光纤耦合

半导体量子点在低温下产生谱线细锐的激子发光可制备单光子源.光纤耦合可避免低温共聚焦装置扫描定位和振动影响,是实现单光子源即插即用和组件化的关键技术.在耦合工艺上,基于微区定位标记发展出拉锥光纤与光子晶体腔或波导侧向耦合、大数值孔径锥形端面光纤与量子点样片垂直耦合等技术;然而,上述工艺需要多维度精密调节以避免柔软光纤的畸形弯曲实现对准和高效耦合.陶瓷插针或石英V槽封装的光纤无弯曲且具有大平滑端面,只要与单量子点样片对准贴合就可保证垂直收光, V槽封装的排式光纤还可通过盲对粘合避免扫描对准,耦合简单.本文在前期排式光纤粘合少对数分布Bragg反射镜(distributed Bragg reflector, DBR)微柱样片实现单光子输出基础上,经理论模拟采用多对数DBR腔提升样片垂直出光和光纤收光效率,使光纤输出单光子计数率大大提升.     

各向异性量子点单光子发射的高偏振度特性

研究了线偏振脉冲光场激发下,单个各向异性InGaAs量子点的高偏振光发射. 给出其偏振因子与两个正交本征态之间的交叉弛豫之间的关系式. 分析表明，交叉弛豫随激发场强度增大，并导致偏振因子随激发场入射脉冲面积减小. 关键词： 量子点 单光子发射 偏振度     

量子点操控的光子探测和圆偏振光子发射

半导体量子点是研究光子与电子态相互作用的优选固态体系,并在光子探测和发射两个方向上展现出独特的技术机遇.其中基于量子点的共振隧穿结构被认为在单光子探测方面综合性能最佳,但受到光子数识别、工作温度两个关键性能的制约.利用腔模激子态外场耦合效应,有望获得圆偏振态可控的高频单光子发射.本文介绍作者提出的量子点耦合共振隧穿（QD-cRTD）的光子探测机理,利用量子点量子阱复合电子态的隧穿放大,将QD-cRTD光子探测的工作温度由液氦提高至液氮条件,光电响应的增益达到10⁷以上,并具备双光子识别能力;同时,由量子点能级的直接吸收,原型器件获得了近红外的光子响应.在量子点光子发射机理的研究方面,作者实现了量子点激子跃迁和微腔腔模共振耦合的磁场调控,在Purcell效应的作用下增强激子自旋态的自发辐射速率,从而增强量子点中左旋或右旋圆偏振光的发射强度,圆偏度达到90%以上,形成一种光子自旋可控发射的新途径.     

自组织量子点的量子态光学探测(英文)

半导体量子点主要包括在真空中外延生长的自组织量子点和在溶液中采用化学方法合成的胶体量子点,由于量子限制效应所导致的分立能级结构使得它们通常被称为"人工原子"。和自然原子不同,半导体量子点的能级结构强烈依赖于其尺寸和形状,这样就提供了更为灵活的方法来控制固体材料中的光与材料的相互作用。近年来,许多类原子的量子光学现象(包括量子干涉、Rabi振荡和Mollow荧光)都已经在单个的自组织量子点中揭示出来。与此形成对比的是,上述所有的类原子量子光学特性目前还没有在单个的胶体量子点中观察得到。在本文中,我们将侧重于介绍我们科研组以及我们和别的科研组合作对单个自组织量子点的单量子态在光学探测和相干控制方面完成的一系列工作。对单个的胶体量子点,我们认为量子相干特性的测量和控制将在新近合成的非荧光闪烁或荧光闪烁得到抑制的材料体系中得以实现。     

电场调谐InAs单量子点的发光光谱

采用稳态和时间分辨发光光谱,研究了生长在p-i-n二极管结构内的InAs单量子点发光光谱的电场调谐特性.随着电场强度的增加,观察到量子点中激子发光的Stark 效应.通过选择不同波长的激光线激发量子点样品,发现随着电场强度的增加导致量子点发光强度的减弱,这是由于量子点俘获载流子概率的减小所致,而激子寿命的增加源于电场导致激子的Stark效应. 关键词： InAs单量子点 Stark效应 电子-空穴分离     

Control of unpolarized emission in closely stacked InAs quantum dot structure

In this work, we studied the effect of some growth parameters on the polarization behavior of InAs/GaAs closely stacked quantum dot (CSQDs). In particular, we focused on the surface reconstruction time of GaAs spacer, its thickness and the number of QD layers. We found that the most effective parameter to enhance the TM/TE intensity ratio is the surface reconstruction time of the GaAs spacer before the subsequent QD deposition. By varying this parameter between 20 s and 120 s, a TM/TE ratio as high as 0.86 has been achieved. A further fine tuning of GaAs spacer thickness and QD layer number increased this ratio up to a value of 0.92 in structures containing only 3 QD layers.     

激子自旋弛豫对简并量子点发射光子对纠缠度的影响

利用粒子数运动方程和量子回归理论，计算了单个半导体量子点双激子体系脉冲激发下粒子在各能级间辐射跃迁的二阶交叉相关函数以及系统发射光子对的偏振密度矩阵.分析了激子态能级简并量子点体系发射光子对偏振纠缠特性，讨论了纠缠度随激子态间自旋弛豫的变化关系.研究表明，激子自旋弛豫会破坏该系统发射光子对的纠缠度. 关键词： 纠缠光子对 半导体量子点 二阶相关函数     

Reasons of emission inhomogeneity in InAs quantum dot structures

The photoluminescence (PL) inhomogeneity has been studied in InAs quantum dots (QDs) embedded in the symmetric In_0.15Ga_0.85As/GaAs quantum wells (QWs) with QDs grown at different temperatures. It was shown that three reasons are responsible for the emission inhomogeneity in studied QD structures: (i) the high concentration of nonradiative recombination centers in the capping In_0.15Ga_0.85As layer at low QD growth temperatures, (ii) the QD density and size distributions for the structure with QD grown at 510 ^°C, (iii) the high concentration of nonradiative recombination centers in the GaAs barrier at higher QD growth temperatures.     

The strain relaxation of InAs/GaAs self-organized quantum dot

This paper presents a detailed analysis of the dependence of degree of strain relaxation of the self-organized InAs/GaAs quantum dot on the geometrical parameters. Differently shaped quantum dots arranged with different transverse periods are simulated in this analysis. It investigates the total residual strain energy that stored in the quantum dot and the substrate for all kinds of quantum dots with the same volume, as well as the dependence on both the aspect ratio and transverse period. The calculated results show that when the transverse period is larger than two times the base of the quantum dots, the influence of transverse periods can be ignored. The larger aspect ratio will lead more efficient strain relaxation. The larger angle between the faces and the substrate will lead more efficient strain relaxation. The obtained results can help to understand the shape transition mechanism during the epitaxial growth from the viewpoint of energy, because the strain relaxation is the main driving force of the quantum dot's self-organization.     

Secure quantum dialogue based on single-photon

In this paper a quantum dialogue scheme is proposed by using N batches of single photons. The same secret message is encoded on each batch of single photons by the sender with two different unitary operations, and then the N batches of single photons are sent to the receiver. After eavesdropping check, the message is encoded on the one remaining batch by the receiver. It is shown that the intercept-and-resend attack and coupling auxiliary modes attack can be resisted more efficiently, because the photons are sent only once in our quantum dialogue scheme.     

EXCITON ENERGY OF THE InAs/GaAs SELF-ASSEMBLED QUANTUM DOT IN A SEMICONDUCTOR MICROCAVITY

We report on the theoretical study of the interaction of the quantum dot (QD) exciton with the photon waveguide models in a semiconductor microcavity. The InAs/GaAs self-assembled QD exciton energies are calculated in a microcavity. The calculated results reveal that the electromagnetic field reduces the exciton energies in a semiconductor microcavity. The effect of the electromagnetic field decreases as the radius of the QD increases. Our calculated results are useful for designing and fabricating photoelectron devices.