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.     

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。     

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。     

含InAs自组装量子点肖特基二极管的关联放电效应

制作了含自组织量子点的金属半导体金属双肖特基势垒器件,研究了器件的电流输运特性.在量子点充放电造成的电流迟滞回路的基础上,观察到了电压扫描过程中的电流由低态到高态的跳跃现象.这种电流跳跃来源于充电量子点的关联放电效应.根据量子点系统的哈密顿量,分析了充电量子点关联放电的原因.这种关联放电效应起源于量子点与2DEG的相互作用,当一个量子点放电时通过量子点和2DEG电流的变化会影响其他的量子点,从而促使其放电,这种过程在整个系统中放大导致所有的量子点放电 关键词： 关联效应 自组装量子点     

单光子源及在量子信息领域的应用

光量子比特是量子计算和量子通信的理想候选体系之一。高效率、高品质、确定性的单光子源是实现光学量子计算和绝对安全量子通信的重要前提条件。自组装半导体量子点,又称“人造原子”,具有优良的单光子性和光子全同性,是理想的单光子源。此外,量子点可以通过外加电场,囚禁单个原子或空穴,作为光子-自旋比特的界面,构建可扩展光量子网络。微柱腔耦合的量子点,拥有很强的Purcell效应,在保持单光子性和光子全同性的同时,大大地提高了提取效率,且具有很好的相干性,可用于大规模量子计算。近年来,人们在二维单原子层材料中发现了非经典的单光子发射,使二维材料和量子光学领域得到了结合,开辟了新的研究路线：探索单原子层材料在量子技术的潜在应用。和传统固态单光子源系统相比,二维材料更易于与其他光电平台结合,可人为控制缺陷位置,有利于推动高品质、低成本单光子源的发展,得到了科学家的广泛关注。本报告首先从量子计算和量子通信两方面提出发展单光子源的意义,接着介绍单光子源的性质和产生原理,然后介绍单光子源在自组装半导体量子点和二维单原子层材料中的实现和发展,最后从光子-自旋量子隐形传态和玻色采样实验中讨论单光子源在量子计算和量子网络方面的应用前景。     

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。     

CdSe量子点的S-K模式自组装生长

近年来 ,由于半导体量子点 (QD)材料可望提高器件的光电特性而成为研究的热点。如以量子点作为激活层的激光器 (L D)与量子阱 LD相比会有更低的阈值电流 ,更高的增益和特征温度。 - 族半导体量子点的研究主要集中在Cd Se/Zn Se[1～ 4 ] ,近年来也有 Zn Se/Zn S[5] 、Cd Te/Zn Te[6 ] 的报道。量子点的制备大多使用分子束外延 (MBE)方法 [7] ,而以金属有机化学气相淀积 (MOCVD)法生长的 Cd Se/Zn Se[8]量子点一般为 V-W模式。 Stranski-Krastanow(S-K)模式生长量子点与其他方法如电子束刻蚀等相比 ,具有方法简单、表面缺陷少…     

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     

世界最佳单光子源

近期,英国《自然》子刊《自然-纳米技术》发表了中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等人关于量子点脉冲共振荧光确定性高品质单光子源的研究工作,这是我国量子点光学量子调控领域发表在《自然》系列期刊上的首篇论文。     

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     

InAs自组装量子点GaAs肖特基二极管中的电流输运特性

设计了含有InAs自组装量子点(SAQDs)的新型金属半导体金属隧穿结构,研究了其直流输运特性,观察到了电流迟滞回路现象.这种回路现象是由于紧邻金属肖特基接触的量子点充电和放电引起的,也可以说是由外加电压控制的量子点的单电子过程引起的.分析了量子点总体的充放电特性,量子点中电子在高电场下隧穿出量子点的概率变化决定了量子点的放电过程,而充电过程是由流过量子点层的二极管正向电流决定.理论拟合结果显示充电过程主要由于量子点基态能级俘获电子照成的,激发态对量子点充放电过程只有微弱影响. 关键词： 迟滞现象 自组装量子点 单电子过程     

单光子调制频谱用于量子点荧光寿命动力学的研究

本文开展了基于单光子调制频谱测量量子点荧光寿命动力学特性的研究.在脉冲激光激发下,对探测到的量子点单光子荧光信号进行频谱分析以获得荧光调制频谱,研究发现特征频谱信号幅值与荧光寿命之间存在确定的非线性对应关系.这种单光子调制频谱方法能有效消除背景噪声和单光子探测器暗计数的影响,用于分析量子点荧光寿命动力学特性时在准确度以及时间分辨率方面都较目前普遍采用的荧光衰减曲线寿命拟合方法呈现出明显优势:当涨落误差为5%时,寿命测量准确度提高了一个数量级;当涨落误差和偏离误差均为5%时,对动力学测量效率以及时间分辨率提高了四倍以上.因此单光子调制频谱可以作为获取量子点在短时间尺度内激发态动力学信息的一种有效技术手段.     

InAs自组装量子点GaAs肖特基二级管的电学特性研究

分析研究了GaAsInAs自组装量子点的电输运性质,通过对实验数据的分析,讨论了Schottky势垒对InAs量子点器件的影响和IV曲线中迟滞回路以及电导曲线中台阶结构产生的原因.迟滞回路和台阶的出现与电场中量子点的充放电过程相关:迟滞回路反映了量子点充电后对载流子的库仑作用,而电导台阶则反映了量子点因共振隧穿的放电现象 关键词： 迟滞现象 自组装量子点 共振隧穿     

CdSe/ZnSe自组装量子点中非线性系数随着温度的规律性变化

研究了在CdSe/ZnSe自组装量子点中CdSe量子点的发光随着激发光强度变化的特性。发现当激发强度(I)变化3个数量级的时候,量子点发光的峰位、峰形都没有发生明显的变化。通过公式L∝Ik(其中I是激发光强度,L是量子点发光强度,k是非线性系数)得到非线性系数k值。实验结果表明:在温度由21 K升高到300 K的过程中,k值随温度变化可以分为3个区域:当温度低于120 K时,k值接近于1;然后,随着温度升高,k值慢慢变小;最后,随温度进一步升高,k值由200 K时的0.946迅速减少到0.870。结合发光随温度变化的实验结果,确认在120 K以下发光主要来源于束缚激子复合。在温度由200 K升高到300 K的过程中,非线性系数的单调减小主要归因于随着温度的升高,发光部分来自于由自由电子或空穴到束缚态能级(FB)的复合。进一步通过分析量子点发光的积分强度随着温度的变化的实验结果,发现发光强度随温度升高而减弱的主要原因是材料中的缺陷或者位错等提供非辐射渠道。     

半导体InAs量子点单光子发射器件

文章概述了量子点单光子源的研究现状,综述了微腔量子点耦合单光子发射器件制备中关键的低密度InAs量子点外延技术,单量子点单光子发射二阶关联函数HBT检测方法,分布布拉格反馈微腔结构的制备以及实现液氮温度下电驱动微腔量子点单光子发射器件等研究结果.     

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。     

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.     

基于单光子态自避错传输的量子安全直接通信协议

量子安全直接通信(Quantum secure direct communication,QSDC)是一种预先不需要建立共享秘钥而直接传输秘密信息的协议.针对信道中联合噪声的存在,提出一种基于单光子态自避错传输的量子安全直接通信协议.研究结果表明,该方案有效地避免了联合噪声对传输信息的影响,使接收方得到原未知量子态的成功率可趋近于100％,大大提高了量子态传输的保真度.该方案实验操作简单,有很高的学术研究和应用价值.     

一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案

提出一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案.在发端采用参量下变换产生纠缠光子对,其中之一用来进行预报探测,根据探测结果将另一路光脉冲分成两个集合,其中预报探测有响应的脉冲集合用作信号态,无响应的脉冲集合作为诱骗态.由于探测效率的问题,这两个集合都是有光子的,通过这两个集合的通过率和错误率估计出单光子的通过率和错误率.此方法不需要改变光强,简单可行.仿真结果表明：该方法可以达到完美单光子源的安全通信距离;与预报单光子源的量子密钥分发相比,密钥产生率有了很大的提高;和三强度预报单光子源诱骗态量子密钥分发的 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 诱骗态 预报单光子源     

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