表面等離激元的量子干涉.pdf

1、隨著科技發(fā)展的日新月異，人們對信息處理的速度要求越來越高，而現今的傳統信息技術發(fā)展開始遭遇瓶頸，量子信息技術開始得到人們的關注和研究。為了能實際應用上量子信息，集成化又成為了必然的一種趨勢。但是傳統光學器件都不能突破光學衍射極限，這限制了其在量子集成芯片中的應用，于是表面等離激元，這種可以突破衍射極限并在亞波長量級傳播的電子密度波，開始被引入到量子集成回路的應用中去。
　　表面等離激元波導因具有比傳統光波導更小的尺寸而適合做集成化

2、的工作，而吸引了越來越多的人對表面等離激元進行研究，將表面等離激元帶入量子集成回路中作為信息傳輸的一種方式成為了一個發(fā)展方向。同時，利用表面等離激元的性質來設計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制作表面等離激元波導并研究其在量子信息中的應用。本文將在以下幾個方面介紹在博士期間完成的幾個工作:
　　1.電介質加載表面等離激元波導的制備和基礎性研究
　

3、　電介質加載表面等離激元波導被認為是幾種常用表面等離激元波導中表現最好的一種波導結構，主要體現在該類型波導可以在波導有效傳輸距離和波導內模式限制兩者之間達到一個最佳的權衡。
　　電介質加載表面等離激元波導的常用結構為在金膜上的PMMA(一種電子束光刻膠)介質波導，因此可以通過電子束光刻技術來制備該波導。通過有效的模擬和設計波導尺寸以及對加工技術的探索和改進，我們可以制備出相應的符合我們要求的亞波長尺寸的波導并以此展開實驗。

4、　　利用光纖錐近場激發(fā)電介質加載表面等離激元波導在理論上被認為是一種效率可以非常高的激發(fā)手段。我們在實驗中實現了用光纖錐近場激發(fā)表面等離激元波導內的模式，并且觀察到了波導內表面等離激元在波導另一端散射出光信號的現象。
　　2.單個表面等離激元間的量子干涉實驗
　　量子干涉是量子信息中對光量子進行操作的一種重要方式。將表面等離激元應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行量子干涉對其在量子信息中的應用具有重要意

5、義。
　　我們在實驗中觀測到了非常高的干涉可見度的單個表面等離激元間的量子干涉現象。這證明了單個表面等離激元的玻色子特性，也表明用單個表面等離激元作為量子比特來進行集成的量子計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其量子干涉的影響也得到了討論，證明損耗確實可以影響二階關聯的量子干涉可見度，但是可以通過合適的選擇來降低這種由固有損耗帶來的影響。
　　3.利用多模電介質加載表面等離激元波導設計

6、集成的功能性器件
　　相比較傳統的集成波導都是單模波導，利用多模電介質加載表面等離激元波導可以設計出即適合集成化又能實現一些特殊功能的器件。
　　我們在理論上設計出了利用多模的電介質加載表面等離激元波導組成的定向耦合器結構，可以在功能上實現波導內的不同模式的分離，以此種功能我們可以進一步的利用多模波導內的不同模式作為一種信息編碼方案。
　　同時這種波導構成的定向耦合器可以實現在不改變自己尺寸的前提下調節(jié)整體分束比的功能