光子晶体微腔在探测器和QED上的应用研究

光子晶体微腔具有许多优点，比如超高Q值和超小模体积，这使光子晶体微腔在量子信息和传感器上有重要的应用，尤其是在量子点和微腔的强相互作用方面具有重要的应用；本申请项目研究高Q 值硅基平板光子晶体微腔和量子点的强相互作用。研究高Q值硅基平板光子晶体非对称微腔的设计方法、探索将量子点添加入硅基平板光子晶体微腔中心的方法等实验工艺及测量方法，探测量子点和硅基平板光子晶体微腔在强相互作用下的Rabi劈裂等量子现象，以及这种相互作用的物理机制，分析这种现象和GaAs基光子晶体微腔下的量子点和微腔的强相互作用的异同；研究去掉一行内n(n大于等于5)个微孔的硅基平板光子晶体微腔的特征，以及这种微腔在折射率传感器上的应用。本项目的研究对硅基光子晶体微腔在量子信息处理和传感器上的应用具有推动作用，将促进光子晶体微腔在基础物理和工程科技上的应用。

在这个项目中我们研究了金属性光子晶体以及电介质光子晶体微腔对量子点的发光特性以及量子效应的影响，同时也研究了金属性光子晶体和介质光子晶体在折射率传感器和集成光子元件上的应用。尤其是我们提出了一种双层金属光子晶体结构，对于二维的双层金属结构，我们称之为金蘑菇阵列。实验和理论研究发现这种结构具有对金属表层折射率变化敏感的特性，这是由于局域等离子体共振和光栅的Wood's anomaly 相互耦合引起的，使折射率传感器的品质因子比传统的结构提高5倍以上，并应用到生物蛋白质的检测上；同时我们发现这种结构的一维双层光栅可以用于将自由空间的入射光定向地耦合到表面等离激元。进一步我们实验演示了具有纳米沟道的Ln型光子晶体微腔在气体传感器上的应用。我们也研究了量子点在由金椭圆盘阵列构成的光子晶体上的发光特性,发现局域表面等离子体共振对量子点发光增强具有偏振选择特性以及寿命的偏振无关特性。最后我们合成了发光在红外区的HgTe/CdS/ZnS多壳层量子点，为继续研究量子点和微纳结构的相互作用奠定了基础。总共发表SCI论文14篇，国内核心刊物一篇，获授权专利一项。发表的论文中其中科学院一区论文7篇，在Nature Communications、Nano Letters、Advanced functional materials刊物上各发表了一篇论文，其中单篇论文SCI最高引用次数超过100次。