[实用新型]一种宽禁带半导体量子点荧光的二阶相关性测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子点、单光子源及量子信息、量子保密通讯领域，提供了一种半导体量子点荧光量子特性的测量系统，利用该测量系统可以确定半导体量子点荧光的二阶相关性。

背景技术

单光子源是能够稳定地发出单个光子的反群聚源，即其发出的光子流是在一定的时间间隔内只包含一个光子，是量子信息技术，如量子保密通讯和量子计算的基础。目前实现单光子源的方式主要有衰减脉冲激光，金刚石NV色心，单原子或分子共振荧光发光，单量子点荧光等方式。其中宽禁带半导体的量子点，在材料外延、可控n型及p型掺杂、大的激子束缚能方面，均使其在室温电注入微纳单光子源方面有较好前景。

衡量及判断一个光源是否是单光子源，最基本的需要检测其发出的光子流是否具有反群聚性，即经典光源往往同时发出多个光子，而单光子源发出的光子则在时空上是一一分离的。在实验上，将光源发出的光子流利用反射透射比为50：50的分束器分成两束，利用探测器探测并记录两束光子流中是否有光信号到达以及相应的到达时间，二阶相关性即衡量光子同时到达性的参数。对于理想的单光子源，由于光子流中的单光子在分束器中无法再被二分，因此将以分别50%的概率进入到两个探测器，因此两个探测器永远不会“同时”出现光信号的到达事件。而经典光源的光信号中由于包含群聚的多个光子，将可以被分束器分成两束，同时到达探测器。

半导体纳米结构荧光的二阶相关性测量需要在显微光路下进行，光学显微镜的空间分辨能力约在300nm，而单光子源领域涉及的量子点尺寸往往在100nm以下，光学显微镜下难以识别。常见的解决方法包括利用EBL预先制备微米级标记来指示量子点位置，并利用可见波段的激光作为激发源。可见波段的激光光斑较大，直径一般在微米级，在有标记指示量子点大致方位的条件下可以较容易照射到量子点上，而针对宽禁带半导体，激发光源需要为紫外激光甚至深紫外激光，聚焦后激光斑尺寸很小，如果仅通过微米级标记指示的方法，将激光照射到量子点的难度很大，实验成功率及效率很低。因此，针对宽禁带半导体量子点发展二阶相关性的新测量系统及方法在单光子源研究中有重要意义。

发明内容

本实用新型公开了一种针对宽禁带量子点荧光的二阶相关性测量系统，旨在提供一种高效、易实施的验证单量子点光源的单光子性的方案，利用该测量系统可以确定半导体量子点荧光的二阶相关性。

本实用新型的技术方案如下：

宽禁带量子点荧光的二阶相关性测量系统，其至少包括：

一激光源，用于提供激光，作为量子点荧光的激发源，其波长短于量子点荧光带隙；

一共聚焦显微镜，用于对激光进行聚焦，也用于收集量子点荧光；

一电动平移载物台，用于放置带激发的样品，并实现样品进行横向平面内的位移，电动平移载物台放置于共聚焦显微镜下方；

一光谱仪，包括两个出口；一个出口外接光谱成像CCD，用于测量针对未知荧光峰位置的量子点的荧光谱；另一个出口外接二阶相关性测量装置，用于测量样品荧光的二阶相关性。

所述二阶相关性测量装置包括：单光子计数器，用于探测到达的包含多于或等于一个光子的极弱光；时间相关单光子计数系统，用于对单光子计数器输出信号事件的相对时间进行精确测量。

所述二阶相关性测量装置具体包括：分束器II，两个单光子计数器，一个时间相关单光子计数系统，分束器II位于光谱仪的出口处，两个单光子计数器分别位于分束器II的两个反射光方向，两个单光子计数器均连接至时间相关单光子计数系统；所述分束器II，用于将光谱仪的出射光分为等分的两束，分别入射到两个单光子计数器。

所述激光源和共聚焦显微镜之间按照光照顺序依次设置有窄带滤光片、反射镜I、分束器I、反射镜II，进一步，所述分束器I和光谱仪的进光口之间设置有高通滤光片；所述激光窄带滤光片，用于过滤掉激光中的杂峰；所述反射镜I和反射镜II，用于光路方向调整，可根据实际光路搭建需求调整增减；所述分束器I，用于激发光与信号光的合束，使激发光被反射到待激发的样品，并使得样品的荧光透射进后续测量光路；所述高通滤光片，用于过滤掉信号光中的激光源瑞利散射峰。

所述分束器I采用二向色分束器。

所述分束器I和分束器II均为反射透射比为50：50的分束器。

使用上述系统测量宽禁带半导体量子点的二阶相关性时，其测量步骤为：

待激发的样品，即载有宽禁带半导体量子点的衬底，平放于电动平移载物台上，电动平移载物台可以实现样品在横向平面内的精确位移；