基于腔量子電動(dòng)力學(xué)的單個(gè)量子點(diǎn)與微腔的耦合與調(diào)控研究.pdf

1、單量子點(diǎn)-光學(xué)微腔耦合系統(tǒng)，作為腔量子電動(dòng)力學(xué)在固態(tài)體系中的實(shí)現(xiàn)，由于其在未來的新型量子光源，光電子器件以及量子信息處理等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景而受到人們極大的關(guān)注與研究熱情。
　　在本論文中，我們針對(duì)傳統(tǒng)的利用MBE生長樣品效率低的缺點(diǎn)，利用改進(jìn)了的MOCVD系統(tǒng)以及FIB等樣品生長與加工方法，制備了包含單層InGaAs/GaAs量子點(diǎn)的微柱形F-P微腔結(jié)構(gòu)，并通過樣品制備與加工過程的不斷優(yōu)化，得到了具有與目前國際上文獻(xiàn)報(bào)道中相當(dāng)質(zhì)

2、量的樣品。
　　接著，我們研究了在不同溫度下，單量子點(diǎn)中激子與腔模的耦合效應(yīng)。利用腔模與單量子點(diǎn)激子對(duì)溫度的響應(yīng)不同，通過改變樣品溫度調(diào)節(jié)它們之間的能量差，并在實(shí)驗(yàn)上觀察到腔模與激子能量從非共振到共振區(qū)的轉(zhuǎn)變行為，在光譜上表現(xiàn)為譜峰交叉的形式。當(dāng)兩者能量共振時(shí)，我們觀察到很強(qiáng)的Purcell效應(yīng)，即量子點(diǎn)的熒光由于其自發(fā)輻射速率的提高被顯著增強(qiáng)。進(jìn)一步的，通過三能級(jí)的理論模擬，我們計(jì)算了在不同能量差時(shí)量子點(diǎn)激子熒光的強(qiáng)度，理論結(jié)果

3、很好的描述了實(shí)驗(yàn)上觀察到的現(xiàn)象，并且通過理論擬合，我們得出了系統(tǒng)的Purcell系數(shù)。
　　考慮到傳統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)方法無法滿足對(duì)單量子點(diǎn)中激子自旋態(tài)與腔模的耦合進(jìn)行研究的現(xiàn)狀，我們提出了利用磁場(chǎng)研究并調(diào)控量子點(diǎn)-微腔的耦合效應(yīng)。在這一部分中，我們首先研究了自組織生長單量子點(diǎn)在磁場(chǎng)中的發(fā)光行為。在外加磁場(chǎng)下，我們觀察到了單個(gè)InGaAs量子點(diǎn)中激子態(tài)的塞曼分裂和抗磁效應(yīng)。通過擬合，分別得到了不同量子點(diǎn)中的激子有效g因子以及抗磁系數(shù)γd

4、ia。我們對(duì)量子點(diǎn)的尺寸，形貌，以及成分等參數(shù)對(duì)g因子和γdia的影響進(jìn)行了初步的討論與理論計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)量子點(diǎn)-微腔耦合系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，首次在單個(gè)InGaAs量子點(diǎn)-微腔結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了激子自旋態(tài)的磁場(chǎng)調(diào)控。利用塞曼效應(yīng)，以及抗磁效應(yīng)，我們第一次觀察到了激子在磁場(chǎng)下分裂的兩支自旋態(tài)與腔模的耦合，又由于Purcell效應(yīng)的作用，使其中一支激子自旋態(tài)的自發(fā)輻射得到了有選擇性的增強(qiáng)，從而在非偏振激發(fā)的條件下，利用腔量子電動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)