半导体量子点复合系统中非对称光传输的相干调控研究

Optical parity-time (PT) symmetry and anti PT-symmetry not only exhibit many interesting optical properties, but also generate novel optical manipulation ways, which are useful for the designs of new optical systems and new optical devices. In this project, we study the optical PT-symmetry and anti PT-symmetry, and the microwave propagation via the coherent spatial-modulation fields in the hybrid semiconductor quantum dot system. The major contents are listed as follows. (i) In the quantum dot-metal nanoparticle system, the PT-symmetry and anti PT-symmetry and their controls of asymmetric microwave propagation are discussed in the presence of the standing-wave fields, where the one- and two-dimentional modulations are under our consideration. Meanwhile, the potential physical mechanisms are also analyzed. (ii) The asymmetric microwave propagation and its application are studied in the driven quantum dot coupled to the superconducting transmission line resonator. And asymmetric amplification from two ports including transmission and reflection ports are focused, and the optical transistor, microwave switch and storage are also explored. The study of the above contents has important application value in designing and optimizing ideal new all-optical devices.

光学宇称时间（PT）对称与反对称性不仅展现了许多有趣的光学性质，而且产生新的光调控手段，为设计新型光学体系和新型光学器件提供了重要帮助。本项目拟在半导体量子点复合系统中开展相干空间调制诱导的PT特性与微波传输的研究。研究内容主要包括两个方面：一、研究驻波场驱动的半导体量子点及其混合系统（纳米粒子）的量子PT对称性与反对称性及其对非对称微波传输的调控，一维和二维空间调制均予以考虑。分析潜在的物理机制。二、研究激光相干调控下量子点阵列与超导传输线耦合系统中的微波传输特性及其应用。研究两个输出端信号（透射与反射端）的非对称光放大，实现非对称的光学晶体管效应、微波开关、微波存储器等全光器件。上述问题的研究对设计和优化理想的新型全光器件方面有着重要的应用价值。

充分利用一些量子系统的显著优势特征如人工原子（量子点和量子电路）与磁振子（自旋波）的强耦合、可操作及可扩展性来建立易于高效执行量子信息的混合物理系统，开启了量子技术的新前景，已成为一个研究光与物质强相互作用的活跃而重要的平台。本项目主要研究空间调制半导体量子点复合系统的量子光学效应与光传输特性，同时研究了腔磁混合系统的量子态相干调控及其在量子信息处理的应用。主要内容如下：一、研究了驻波驱动半导体量子点系统的光学非线性及光传输特性，可获得对称的微波衍射（相位光栅和增益光栅），而且改变系统参数可有效地提高衍射效率。二、对周期性调制量子点系统的光学PT对称与反对称（一维与二维空间）及非对称光传输特性进行了深入研究，同时利用一有趣现象获得衍射强度和方向可调的非对称光栅。三、主要分析涡旋光调制量子点系统的量子光学效应及非对称光传输特性，仅通过改变涡旋光的角量子数就可以达到方向和强度可变的不同象限的二维量子衍射光栅。四、研究了混合量子体系的非经典特性以及混合量子体系的宏观量子关联特性，获得了光子阻塞和磁子阻塞效应，稳定的宏观量子纠缠与量子导引现象。以上内容的研究不仅有助于加深对量子力学基本问题的认识和理解，且对设计和优化理想的新型全光器件以及量子信息处理提供了重要的理论依据。