發(fā)布時(shí)間：2021-11-19 06:15

　　量子信息處理芯片能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光量子體系的高精度和普適化的量子調(diào)控和量子測(cè)量,是當(dāng)前量子科技革命的關(guān)鍵之一。目前,科學(xué)研究迫切需要擴(kuò)大集成量子光路元件的功能性,增強(qiáng)其對(duì)量子信息處理的能力,從而推進(jìn)量子信息技術(shù)的應(yīng)用。手性量子光子是近幾年發(fā)展起來的一個(gè)新研究領(lǐng)域,其主要研究在納米光學(xué)結(jié)構(gòu)器件中光場(chǎng)與量子發(fā)射器手性耦合現(xiàn)象及其應(yīng)用。在納米結(jié)構(gòu)中,光場(chǎng)由于受到很強(qiáng)的束縛會(huì)產(chǎn)生沿著傳播方向的電場(chǎng)成分,從而表現(xiàn)出局域的手性圓偏振態(tài)分布,即光場(chǎng)的偏振態(tài)與傳播方向有關(guān);進(jìn)而導(dǎo)致光場(chǎng)與量子發(fā)射器的耦合強(qiáng)度也依賴于光的傳播方向�；谑中粤孔庸鈱W(xué)和腔量子電動(dòng)力學(xué),本文研究了一種能夠?qū)崿F(xiàn)單光子信息調(diào)控的多功能手性界面,并演示了其單光子隔離和單光子定向發(fā)射功能,具體包括:ⅰ.構(gòu)建了由波導(dǎo)、微環(huán)諧振腔和量子點(diǎn)組成的手性耦合系統(tǒng),即手性單光子界面。使用電磁仿真方法,我們?cè)O(shè)計(jì)一種具有手性圓偏振光場(chǎng)分布的微環(huán)諧振腔。當(dāng)光子以正方向入射時(shí),在微環(huán)諧振腔外側(cè)的倏逝場(chǎng)是近完美的左旋圓偏振光;而當(dāng)光子以負(fù)方向入射時(shí),在相同的位置處倏逝場(chǎng)是近完美的右旋圓偏振光。ⅱ.演示了單光子隔離功能。將量子點(diǎn)放置于腔壁外側(cè)手性倏逝場(chǎng)很強(qiáng)的位置,... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－３：手性腔量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)ｍｉ：?（ａ）光纖－瓶狀微腔－銣原子手性耦合系統(tǒng)；（ｂ）??瓶狀微腔倏逝場(chǎng)手性電場(chǎng)分布

＿?？種滑移平面光子晶體波導(dǎo)，并在波導(dǎo)特定位置處放置單個(gè)自組裝量子點(diǎn)，觀??察到量子點(diǎn)躍遷輻射的不同的圓偏振光在波導(dǎo)內(nèi)以不同方向傳播１３２］，如圖１－５??

７??（ａ）所示。Ａ．?Ｖ．?Ｚａｙａｔｓ等人理論上模擬了單個(gè)圓偏振偶極子在介質(zhì)波導(dǎo)和金??屬－介質(zhì)表面的定向耦合，如圖１－５?（ｂ）所示，并在實(shí)驗(yàn)上觀察到金屬薄膜挾??縫上的表面等離子激元（ＳＰＰ）的定向激發(fā)??．．?（ｂ）??ｌ?／；?ＳＳＳ＾Ｓ??ｖ＾ｙ?－??－３－２－１０?１?２?３??ｘ／Ｘ??圖１－５：定向光輻射：（ａ）光子晶體波導(dǎo)定向光輻射（ｂ）介質(zhì)界面和介質(zhì)波導(dǎo)定向??光輻射１３３１。??隨后，Ａ．?Ｖ．?Ｚａｙａｔｓ等人對(duì)偶極子與波導(dǎo)之間的定向耦合建立了理論模??型，給出了偶極子輻射角譜的解析表達(dá)式，從而解釋了電偶極子和磁偶極子向??波導(dǎo)定向耦合的現(xiàn)象｜３４１。但是目前研究的量子發(fā)射器向結(jié)構(gòu)中的定向輻射都是??局限于在－維結(jié)構(gòu)中進(jìn)行，比如波導(dǎo)、光纖和介質(zhì)界面。如果使量子點(diǎn)定向向??二維或三維的腔結(jié)構(gòu)中耦合形成不同的腔模式，那么出射的光場(chǎng)就會(huì)因?yàn)榍坏??特性而引入具有特殊性質(zhì)的定向輻射光場(chǎng)。??丨．４論文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)??本文設(shè)計(jì)了一種具有接近完美手性光場(chǎng)分布的單光子界面，即波導(dǎo)－微環(huán)諧??振腔－量子點(diǎn)手性耦合系統(tǒng)，通過調(diào)控量子點(diǎn)的布居態(tài)或使用光學(xué)斯達(dá)克控制實(shí)??現(xiàn)微環(huán)諧振腔和量子點(diǎn)的手性耦合，利用不同傳播方向光場(chǎng)與量子點(diǎn)耦合強(qiáng)度??的不同從而實(shí)現(xiàn)單光子的隔離功能。并且通過軟件仿真和數(shù)值計(jì)算我們演示了??偶極子光源模擬量子點(diǎn)輻射實(shí)現(xiàn)了單光子的定向發(fā)射。??第二章主要介紹手性單光子界面的設(shè)計(jì)。首先介紹微環(huán)諧振腔的基本性??質(zhì)


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