[发明专利]一种基于双耦合量子点的近似二能级量子系统

说明书

一种基于双耦合量子点的近似二能级量子系统，由两个相距确定距离、相等半径的准二维圆盘形量子点相互耦合形成。本发明所述的量子点由半导体材料制成，量子尺寸效应使量子点的能态呈分立结构，双量子点间的耦合效应使两个原基态劈裂为二能级，其他能级耦合效应远小于该二能级间的耦合效应。本发明具有固态、体积小、结构简单、可调谐和较大耦合系数等优点，可应用于设计各种基于二能级结构的太赫兹波源、单光子源等量子光学元器件。

技术领域

本发明涉及一种二能级量子系统，特别涉及一种基于双耦合准二维圆盘形量子点的近似二能级量子系统。

背景技术

近年，随着精确操控和制备低维结构(小尺寸物质)技术的发展，各种采用低维结构为核心模块的相干辐射源、光控开关、光学放大器等量子光学元器件应运而生。相应的低维结构原理模型涉及它能量空间的能级结构。其中二能级结构是最基本的能级结构单元。自然界中小尺寸物质(比如原子、分子)具有这种分立能级结构，但其中缺少理想的可应用于工程的二能级量子系统。

现有人工二能级结构实空间系统较少见报道。相对常见的可以通过金刚石色心设计二能级系统。该类色心是金刚石中的一种发光点缺陷，往往采用聚焦粒子束注入方式获得。本发明为实现特定光源发光特性，采用结构相对简单的半导体量子点设计相应的二能级结构。半导体量子点可以通过化学合成法、二维电子气电极围造法和自组织生长法等置备。其中二维电子气电极围造法可以直接获得耦合量子点，自组织生长法可以通过多层量子点生长设计所需要的耦合量子点结构参数。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于双耦合量子点的近似二能级量子系统，解决新型相干辐射源等量子光学元器件基本结构单元的设计问题，本发明的结构优点在于全固态、体积小、结构简单、可调谐和较大能效，可应用于设计各种基于二能级结构的太赫兹波源、单光子源等量子光学元器件。

本发明的技术解决方案是：一种基于双耦合量子点的近似二能级量子系统，包括第一量子点、第二量子点；第一量子点、第二量子点半径相等且相距确定距离；第一量子点、第二量子点相互耦合，调整第一量子点、第二量子点的半径或第一量子点、第二量子点之间的距离，两个量子点的原基态劈裂为二能级，其他能级与该二能级间符合能级差判定标准。

所述第一量子点中心与第二量子点中心间的确定距离的取值范围为60nm～80nm，第一量子点、第二量子点半径为10nm。

所述的第一量子点或第二量子点为圆盘形。

所述的第一量子点或第二量子点的材料为半导体材料。

所述第一量子点、第二量子点耦合形成的能级结构中，第三及以上能级与第二能级的耦合效应远小于二能级间的耦合效应。

优选第一量子点、第二量子点之间的距离为60nm。

本发明优点与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明与自然的原子、分子近似二能级系统相比，优点在于参数丰富可调谐性。本发明所采用的量子点的形状、尺寸和点间相对距离等参数具有丰富的可调性，使该二能级能级间距可调谐。

(2)本发明采用的量子点其载流子在空间三个维度方向上受限，量子效应更充分的展示。在相同外光场条件下，半导体量子点具有较大的光学增益。

(3)本发明涉及的量子点为固体、结构简单，在器件研制应用中较易操控。

(4)本发明所设计的耦合量子点结构尺寸小，便于芯片上集成。

(5)本发明采用半导体量子点作为光学元器件微结构，辐射线宽较小，比如应用于单光子源可产生相对精确频率的单频光子。

附图说明

图1为本发明的双耦合量子点结构示意图；