光子量子點、光子分子的原理、構建及特性研究

《光子量子點、光子分子的原理、構建及特性研究》是依託南京大學，由陳坤基擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光子量子點、光子分子的原理、構建及特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳坤基
• 依託單位：南京大學

項目摘要

在半導體材料中利用勢場的不連續對電子的一維、二維、三維限制的結構稱為量子阱、量子線和量子點。本項目的研究思想是從周期勢場中受限電子態的量子化的概念延伸到介質中受限光子態的量子化，我們利用介質在一維、二維、三維方向上的折射率的不連續來實現對光子的三個方向上的限制，類似於三維限制的電子量子點結構，我們稱這類三維限制的光子結構為光子量子點。在實驗手段上，我們在研究光學微腔的基礎上，首次提出在刻有圖形的襯底上利用共形生長DBR的技術原理，在垂直方向和橫向四周都有DBR對光子的限制，實現了真正意義上的三維光子限制，為構建光子量子點解決了技術上的障礙。本項目的第二部分是進一步開展耦合光子量子點- - 光子分子的理論和實驗工作。在實驗上採用共形生長原理構築兩個全同光子量子點組成的光子分子，並由理論模擬確定類似於雙原子耦合分子結構中的成鍵態和反鍵態振動模式，這將促進複雜光子器件的設計和腔量子電動力學的研究。

結題摘要

本項目的研究思想是從周期勢場中受限電子態的量子化的物理概念延伸到介質中受限光子態的量子化。其研究方法是利用介質在一維、二維、三維方向上的折射率的不連續來實現對光子三個維度的限制，這類三維限制的光子結構被稱為光子量子點。在此基礎上進一步研究耦合光子量子點（也被稱為光子分子）中的光子振動模式：成鍵態和反鍵態特徵。 本項目的創新點是提出了在刻有圖形的襯底上的共形生長原理，製備出三維DBR限制的光子量子點的新技術，克服了國際上利用刻蝕技術造成的橫向腔壁粗糙和缺陷對光子限制性能下降的缺點。 主要研究內容：（1）矽基光子量子點的設計與構建。採用一維結構的傳輸矩陣計算方法,設計腔體的尺寸，利用圖形襯底上共形生長原理，構建光子量子點。 （2）結合光子量子點PL譜的實驗測量和理論模擬的對比，研究光子量子點中光子振動模式的量子化特性。 （3）光子分子的構建及類分子光子模式的確定。研究採用由縱向耦合的兩個全同光子量子點構成的光子分子中的成鍵態和反鍵態的振動模式。主要研究結果： （1） 提出並完善了一整套在圖形襯底上共形生長的關鍵技術，製備出不同尺寸和形狀的光子量子點和光子分子結構。 （2） 由實驗結果與理論模擬比較，驗證了光子模式量子化的尺寸限制效應。 （3） 發表SCI論文9篇，EI論文1篇，其中影響因子大於3.8的Applied Physics Letter (APL) 3篇，獲授權發明專利3項，國際會議邀請報告3次。 全面完成了研究任務，研究成果超過了預期目標。