超强耦合区太赫兹微腔子带极化子的性质和C-QED效应研究

子带极化子是微腔腔场光子与量子阱子带跃迁共振耦合形成的一类新准粒子。对太赫兹微腔，真空拉比频率与子带跃迁频率相比拟，使腔量子电动力学(C-QED)达到超强耦合区。本项目拟对超强耦合区太赫兹腔子带极化子的性质和C-QED效应进行研究。具体研究包括：（1）设计制作高Q太赫兹微腔结构，对微腔的透射反射系数、腔模结构等特征进行测试和表征；（2）设计量子阱的能带结构、掺杂方式、生长加工流程，制作能与微腔超强耦合的量子阱结构；（3）对超强耦合区太赫兹微腔子带极化子的特性进行光学和电学测试与表征；（4）发展超强耦合区C-QED理论，用以分析和研究超强耦合区子带极化子的特性和QED效应。期望通过以上研究达到如下目的：揭示太赫兹腔量子阱子带极化子在超强耦合区的C-QED效应和规律；明确太赫兹微腔结构、掺杂量子阱结构与整个系统特性之间的关系；掌握利用超强耦合区子带极化子C-QED效应开发光电子器件的原理。

子带极化子是微腔腔场光子与量子阱子带跃迁共振耦合形成的一类新准粒子。对太赫兹微腔，真空拉比频率与子带跃迁频率相比拟，使腔量子电动力学(C-QED)达到超强耦合区。本项目计划对超强耦合区太赫兹腔子带极化子的性质和C-QED效应进行研究。具体研究包括：（1）设计制作高Q太赫兹微腔结构，对微腔的透射反射系数、腔模结构等特征进行测试和表征；（2）设计量子阱的能带结构、掺杂方式、生长加工流程，制作能与微腔超强耦合的量子阱结构；（3）对超强耦合区太赫兹微腔子带极化子的特性进行光学和电学测试与表征；（4）发展超强耦合区C-QED理论，用以分析和研究超强耦合区子带极化子的特性和QED效应。期望通过以上研究达到如下目的：揭示太赫兹腔量子阱子带极化子在超强耦合区的C-QED效应和规律；明确太赫兹微腔结构、掺杂量子阱结构与整个系统特性之间的关系；掌握利用超强耦合区子带极化子C-QED效应开发光电子器件的原理。    .在研究期间内主要研究进展包括以下四个方面：.（1）太赫兹电磁脉冲的产生及其整形研究.通过有限差分时域对光电导天线产生的THz辐射场以及金属孔径对THz波的整形滤波的研究，为金属/电介质/金属结构THz微腔的设计提供理论基础和计算方法，用于设计THz频段的微腔。.（2）太赫兹微腔的腔体结构和电磁特性研究.太赫兹微腔结构可以利用金属-介质-金属结构来实现，太赫兹电磁场在金属表面会激发起表面等离子体极化子激元，我们通过优化微纳结构的参数使太赫兹金属微腔的性能达到最优。.（3）太赫兹微腔中子带极化子的C-QED动力学研究.利用半导体布洛赫方程分析讨论了量子阱在沿其平面方向偏振的太赫兹场驱动下的光学吸收谱。通过对THz波与半导体量子阱子带间跃迁相互作用和吸收谱的研究，有助于设计制作不同的半导体量子阱、分析子带极化子的性质、探索超强耦合区子带极化子的腔量子电动力学新现象。.（4）量子态光的产生与应用研究.提出了一种新的量子时钟同步方案，采用这种方案可以消除色散效应的影响，从而把时钟同步精度大幅提高。并利用自发参量下转换产生的关联双光子对完成自由空间量子时钟比对实验，通过采用粗-细时间比对和峰值搜寻算法，使单光子时钟比对的时间精度达到皮秒。对赝热光双色关联成像的分辨率和信噪比进行了理论研究，分析了三种不同的信号重构算法在压缩鬼成像中的应用，并通过赝热源关联实验对三种方法进行验验证和对比。