手性单光子界面：隔离与定向发射

发布时间：2021-11-19 06:15

　　量子信息处理芯片能够实现对光量子体系的高精度和普适化的量子调控和量子测量,是当前量子科技革命的关键之一。目前,科学研究迫切需要扩大集成量子光路元件的功能性,增强其对量子信息处理的能力,从而推进量子信息技术的应用。手性量子光子是近几年发展起来的一个新研究领域,其主要研究在纳米光学结构器件中光场与量子发射器手性耦合现象及其应用。在纳米结构中,光场由于受到很强的束缚会产生沿着传播方向的电场成分,从而表现出局域的手性圆偏振态分布,即光场的偏振态与传播方向有关;进而导致光场与量子发射器的耦合强度也依赖于光的传播方向。基于手性量子光学和腔量子电动力学,本文研究了一种能够实现单光子信息调控的多功能手性界面,并演示了其单光子隔离和单光子定向发射功能,具体包括:ⅰ.构建了由波导、微环谐振腔和量子点组成的手性耦合系统,即手性单光子界面。使用电磁仿真方法,我们设计一种具有手性圆偏振光场分布的微环谐振腔。当光子以正方向入射时,在微环谐振腔外侧的倏逝场是近完美的左旋圆偏振光;而当光子以负方向入射时,在相同的位置处倏逝场是近完美的右旋圆偏振光。ⅱ.演示了单光子隔离功能。将量子点放置于腔壁外侧手性倏逝场很强的位置,... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３：手性腔量子电动力学系统ｍｉ：?（ａ）光纤－瓶状微腔－铷原子手性耦合系统；（ｂ）??瓶状微腔倏逝场手性电场分布

＿?？种滑移平面光子晶体波导，并在波导特定位置处放置单个自组装量子点，观??察到量子点跃迁辐射的不同的圆偏振光在波导内以不同方向传播１３２］，如图１－５??

７??（ａ）所示。Ａ．?Ｖ．?Ｚａｙａｔｓ等人理论上模拟了单个圆偏振偶极子在介质波导和金??属－介质表面的定向耦合，如图１－５?（ｂ）所示，并在实验上观察到金属薄膜挟??缝上的表面等离子激元（ＳＰＰ）的定向激发??．．?（ｂ）??ｌ?／；?ＳＳＳ＾Ｓ??ｖ＾ｙ?－??－３－２－１０?１?２?３??ｘ／Ｘ??图１－５：定向光辐射：（ａ）光子晶体波导定向光辐射（ｂ）介质界面和介质波导定向??光辐射１３３１。??随后，Ａ．?Ｖ．?Ｚａｙａｔｓ等人对偶极子与波导之间的定向耦合建立了理论模??型，给出了偶极子辐射角谱的解析表达式，从而解释了电偶极子和磁偶极子向??波导定向耦合的现象｜３４１。但是目前研究的量子发射器向结构中的定向辐射都是??局限于在－维结构中进行，比如波导、光纤和介质界面。如果使量子点定向向??二维或三维的腔结构中耦合形成不同的腔模式，那么出射的光场就会因为腔的??特性而引入具有特殊性质的定向辐射光场。??丨．４论文研究内容与结构??本文设计了一种具有接近完美手性光场分布的单光子界面，即波导－微环谐??振腔－量子点手性耦合系统，通过调控量子点的布居态或使用光学斯达克控制实??现微环谐振腔和量子点的手性耦合，利用不同传播方向光场与量子点耦合强度??的不同从而实现单光子的隔离功能。并且通过软件仿真和数值计算我们演示了??偶极子光源模拟量子点辐射实现了单光子的定向发射。??第二章主要介绍手性单光子界面的设计。首先介绍微环谐振腔的基本性??质


本文编号：3504453