《單光子靈敏檢測、精密光譜測量及微納結構中光子調控》是依託復旦大學，由資劍擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：單光子靈敏檢測、精密光譜測量及微納結構中光子調控
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：資劍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單光子探測、精密光譜測量以及光子與微納結構的相互作用是當前國際學術界關注的重點，也是單量子態研究中的重要內容，在量子信息、量子計算、高精密測量、微納光子學等領域有重要的套用前景。通過前期的研究，我們已經取得許多有特色和新意的研究結果，但這些方向仍然存在很多有趣的科學問題值得深入研究。本項目的主要研究內容包括：光子數可分辨的高靈敏單光子探測，高精密光譜測量技術及基本物理常數測量，以及在單量子體系水平研究光子與微納結構的相互作用和調控光子發射行為等。在單光子探測方面，使Si MPPC探測效率達到同類探測的國際最好水平。建立一套高精密、高靈敏的光腔衰盪光譜測量設備，實現10-6精度的玻爾茲曼常數測量，並探索用於氣體溫度測量的計量標準套用。建立複合多功能觀測平台，並實現觀測單個表面等離激元納米結構與單分子相互作用現象。基於表面等離激元結構探索激射的實現可能。
結題摘要
我們擬重點開展單光子探測、高精密光譜測量技術及基本物理常數測量、光子與微納結構的相互作用，這些研究方向是當前國際學術界關注的重點，在量子信息、量子計算、高精密測量、微納光子學等領域有重要的套用前景。 本項目在PRL、Adv. Mater.、APL等雜誌上發表論文50篇，重要研究結果有： 1、基於間隙表面等離激元的高效單光子發射。通過結合間隙表面等離激元結構中超高的光子發射率與低損耗光纖有效的提取，我們從理論上在金屬納米棒-納米膜結構中提出了有效的單光子發射與一維納米尺度的傳導。特別的，利用波矢匹配光纖將表面等離激元通道的單光子導出，在波導中單光子發射率可以達到真空中的770倍。這種新的機制將會對基於金屬的光學腔、晶片上的超亮單光子源、和晶片上的基於表面等離激元的納米雷射器等研究領域有重要影響。該研究結果發表在PRL。 2、亞波長共振單元的超大光學截面。光學共振單元可以使得光在亞波長尺度局域，單個光學共振單元最大的光學吸收截面存在極限。為突破這個極限，我們提出了將光學共振單元放在零折射率背景里的方案，可以使得光學截面超過極限值1000倍。這個方案可以適用於任何光學共振單元，如金屬等。工作發表在PRL。 3、基於光子和表面等離激元的光纖馬赫澤德干涉儀。利用單晶鈀金合金納米線作為等離子激元的波導，我們製備混合了光子和等離子基元的光纖馬赫澤德干涉儀。干涉的光譜表現出諸多吸引人的優點，如寬且靈活的可調光譜範圍，高達20 dB消光係數的干涉光譜；這種混合的馬赫澤德干涉儀對氫氣表現出比單根納米線更高的靈敏度；感測器中使用的鈀金合金線長度比已有的在光纖上鍍鈀的氫氣感測器的作用長度小2-3個數量級。該結果發表在Nanoscale。 4、高靈敏光譜探測技術和方法。發展了高精密、高靈敏光腔衰盪光譜（CRDS）技術，並利用高效率的雷射冷卻技術，實現了對亞穩態惰性氣體原子高效率的原子囚禁，還提出了對單原子計數進行標定的實驗方法，該方法可套用於極低豐度同位素的測定。基於該方法，我們實現了對小至微升級的樣品中低至10-14的放射性Kr-85同位素含量實現了準確測量, 並示範了可利用少量空氣即可進行Kr-85和Kr-81測年。該技術在大氣科學、核安全、水文和地質等方面具有廣泛意義。
