光子量子点、光子分子的原理、构建及特性研究

在半导体材料中利用势场的不连续对电子的一维、二维、三维限制的结构称为量子阱、量子线和量子点。本项目的研究思想是从周期势场中受限电子态的量子化的概念延伸到介质中受限光子态的量子化，我们利用介质在一维、二维、三维方向上的折射率的不连续来实现对光子的三个方向上的限制，类似于三维限制的电子量子点结构，我们称这类三维限制的光子结构为光子量子点。在实验手段上，我们在研究光学微腔的基础上，首次提出在刻有图形的衬底上利用共形生长DBR的技术原理，在垂直方向和横向四周都有DBR对光子的限制，实现了真正意义上的三维光子限制，为构建光子量子点解决了技术上的障碍。本项目的第二部分是进一步开展耦合光子量子点- - 光子分子的理论和实验工作。在实验上采用共形生长原理构筑两个全同光子量子点组成的光子分子，并由理论模拟确定类似于双原子耦合分子结构中的成键态和反键态振动模式，这将促进复杂光子器件的设计和腔量子电动力学的研究。

本项目的研究思想是从周期势场中受限电子态的量子化的物理概念延伸到介质中受限光子态的量子化。其研究方法是利用介质在一维、二维、三维方向上的折射率的不连续来实现对光子三个维度的限制，这类三维限制的光子结构被称为光子量子点。在此基础上进一步研究耦合光子量子点（也被称为光子分子）中的光子振动模式：成键态和反键态特征。.本项目的创新点是提出了在刻有图形的衬底上的共形生长原理，制备出三维DBR限制的光子量子点的新技术，克服了国际上利用刻蚀技术造成的横向腔壁粗糙和缺陷对光子限制性能下降的缺点。.主要研究内容：（1）硅基光子量子点的设计与构建。采用一维结构的传输矩阵计算方法,设计腔体的尺寸，利用图形衬底上共形生长原理，构建光子量子点。.（2）结合光子量子点PL谱的实验测量和理论模拟的对比，研究光子量子点中光子振动模式的量子化特性。.（3）光子分子的构建及类分子光子模式的确定。研究采用由纵向耦合的两个全同光子量子点构成的光子分子中的成键态和反键态的振动模式。主要研究结果：.（1）.提出并完善了一整套在图形衬底上共形生长的关键技术，制备出不同尺寸和形状的光子量子点和光子分子结构。.（2）.由实验结果与理论模拟比较，验证了光子模式量子化的尺寸限制效应。.（3）.发表SCI论文9篇，EI论文1篇，其中影响因子大于3.8的Applied Physics Letter (APL) 3篇，获授权发明专利3项，国际会议邀请报告3次。.全面完成了研究任务，研究成果超过了预期目标。