共同设计III-化物量子点和纳米光子腔,用于芯片上不可分辨的单光子源

科学领域:

• 固态量子光学 固态量子光学
• 量子信息科学是一种量子信息科学.
• 纳米光子学和量子点的研究

背景情况:

• III-化物量子点 (QDs) 对固态量子光源具有前景.
• 缺乏一个统一的理论框架,将QD动态与纳米光子结构联系起来.
• 优化单光子源需要了解QD-空洞相互作用.

研究的目的:

• 开发一个计算框架,将III-化物QDs的量子力学建模与纳米光子反向设计相结合.
• 为了优化基于III-化物量子点的单光子源.
• 为了研究光子不可区分性和提取效率之间的权衡.

主要方法:

• 模拟的III-化物QD动态作为一个 biexciton-exciton级联在一个四层系统合到一个空洞.
• 评估了QD-空洞合和脱调对QD动态的影响.
• 在纳米光子结构优化中采用辅助式反向设计.

主要成果:

• 通过调整腔共振和在弱合状态下设计Purcell因子,实现了高光子不可辨别性 (>99%).
• 证明纠竞争受到细结构分裂的限制.
• 设计了一种悬浮的GaN纳米光束腔波导,可有效提取光子 (高达66%).

结论:

• 在光子不可区分性和提取效率之间存在着根本的权衡.
• 通过使用集成光子波导,可以实现~100的Purcell因子,并具有高的提取效率.
• 为芯片上光子电路的III-化物量子光源共同设计提供了指导方针.