在耦合量子点中实现自发辐射相干效应的研究

Spontaneously generated coherence (SGC) gives rise to a variety of novel quantum effects, such as absorption and spontaneous emission. Therefore it may find applications in many fields, examples are novel optical devices and quantum information. However, the realization of this quantum coherence needs very rigorous requirements which hinder its application. By using electron tunneling, we will simulate SGC in coupled quantum dots system, so that the effects related to SGC will be realized. We will carry out the following investigations: 1. Investigate the fabrication and wafer growth of coupled quantum dots by MOCVD and E-Beam and analyze the structures of the sample; 2. Realize SGC using tuning in the coupled quantum dots and observe SGC effect on the resonance fluorescence spectrum in the coupled quantum dots; 3. Investigate the state pupolation, gain and Kerr nonlinearity by SGC effect in the coupled quantum dots. Through the above researches, the present project will develop the application of SGC based on coupled quantum dots in the fields such as optical devices and quantum information, and push SGC from theoretics to applied technologies.

自发辐射相干可以改变介质的吸收和自发辐射等光学性质，在新型光学器件、量子信息等领域有重要的应用价值。然而它对介质有着极为苛刻的要求，在原子系统中不易实现。在耦合量子点材料中，可以通过隧穿效应模拟自发辐射相干，具有实际的应用前景。本项目拟在耦合量子点系统中实现自发辐射相干效应，开展如下研究： 1. 研究用MOCVD和电子束曝光设备制备耦合量子点的技术，表征量子点样品形貌特性； 2. 通过隧穿效应模拟自发辐射相干，研究自发辐射相干对耦合量子点系统的共振荧光光谱的影响，证明自发辐射相干效应； 3. 研究在耦合量子点中利用自发辐射相干实现粒子数转移、探测场增益和增强Kerr非线性等相关现象。 通过以上研究，本项目将拓展自发辐射相干在量子点光学器件和量子信息等领域的应用价值，推动自发辐射相干从理论研究走向实际应用。

基于自发辐射相干效应在新型光学器件、量子信息等领域的重要应用价值，我们开展了在耦合量子点中隧穿模拟自发辐射相干的研究。在耦合双量子点中实现自发辐射相干效应后，我们扩展至三量子点乃至多量子点系统，开展了非线性、光学双稳、透射谱、瞬态增益以及相干粒子数转移等工作。通过以上研究，本项目拓展了自发辐射相干在量子点光学器件和量子信息等领域的应用价值，推动自发辐射相干从理论研究走向实际应用。具体研究成果如下：.1．我们证明了在耦合双量子点中通过隧穿效应可以模拟自发辐射相干效应，由于自发辐射相干效应，系统共振荧光光谱可以出现谱线压窄，我们同样在耦合三量子点中实现了类似结果。.2．我们在耦合三量子点中实现了克尔非线性增强。通过调节隧穿参数，在得到巨克尔非线性的同时可以得到零吸收。我们同时研究了五阶非线性，结果与三阶类似。最后，我们将系统扩展到耦合多量子点系统。.3．我们实现了耦合三量子点的双稳特性调控。耦合三量子点放入环形腔中，双隧穿可以引起双暗共振，从而控制系统的线性和非线性的极化率，有效控制光学双稳阈值、形状和类型等特性。.4．我们在耦合三量子点中通过隧穿诱导量子干涉实现了透射谱线的调控。通过隧穿调控，我们可以在透明窗口位置得到极窄的透射谱线。由于双隧穿效应，在共振处的吸收减小，色散急剧变化，从而导致透射谱线宽的压窄。.5．我们开展了耦合三量子点瞬态特性的研究。在隧穿诱导透明条件下，额外的隧穿耦合场可以实现系统瞬态吸收和增益的调控。系统的隧穿失谐，退相干以及初态条件都将影响系统的瞬态特性。此外，我们也对非相干泵浦的影响进行了研究。.6．我们开展了线型耦合量子点中隧穿控制的相干粒子数转移的研究。并且通过隧穿效应，可以实现耦合量子点中相干粒子数转移和任意的相干叠加态。另一方面，我们开展了爪型耦合量子点系统中隧穿控制的相干转移的研究。通过调控隧穿和泵浦时序，可以实现任意能级间的相干转移。