单光子源器件光纤阵列耦合输出装置、耦合系统及方法制造方法及图纸

一种单光子源器件光纤阵列耦合输出装置、耦合系统及方法，该单光子源器件光纤阵列耦合输出装置包括：单光子源器件样片，具有多个单光子源单元，所述单光子源单元能够发射单光子；光纤阵列，包括多根光纤，耦合至所述单光子源器件样片的上表面，其中光纤阵列中的一根或多根光纤与所述单光子源单元耦合。该单光子源器件光纤阵列耦合输出装置制作简单、方便、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光源领域，具体涉及单光子源器件光纤阵列耦合输出装置、耦合系统及方法。
技术介绍
单光子源应用的一个重要前提就是与光纤的耦合输出，其中垂直耦合出射结构由于其可阵列化、便于工业化生产、操作相对简单等优点而得到普遍的应用。传统的光纤耦合技术包括在材料上刻蚀V型槽后与光纤耦合、光纤锥与光波导的耦合以及开放式外腔技术等，但是这些技术都存在工艺复杂、对准困难、适用范围有限等不同的局限性。尤其对于量子点单光子源器件与光纤的耦合输出，由于单光子源的自组织量子点的尺寸在纳米量级，器件尺寸在微米量级，为隔离单个单光子源单元的单光子输出对单光子源器件与光纤的对准精度提出了更高的要求，传统的耦合方式很难发挥作用。如何准确且便捷地实现光纤与单光子源器件的耦合输出，是单光子源走向实用化的关键一步。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种单光子源器件光纤阵列耦合输出装置、耦合系统及方法。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种单光子源器件光纤阵列耦合输出装置。该单光子源器件光纤阵列耦合输出装置包括：单光子源器件样片，具有多个单光子源单元，所述单光子源单元能够发射单光子；光纤阵列，包括多根光纤，耦合至所述单光子源器件样片的上表面，其中光纤阵列中的一根或多根光纤与所述单光子源单元耦合。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于制作单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的耦合系统，包括：制冷平台，用于固定及冷却单光子源器件样片；六维位移平台，通过夹具固定光纤阵列，用于移动光纤阵列；激光器，用于产生激发光，激发单光子源器件样片中的单光子源单元；光谱仪探测器，用于探测所述单光子源单元产生的单光子信号；波分复用器，连接所述激光器、光谱仪探测器和光纤阵列，将所述激光器的激发光传输至光纤阵列，将所述光纤阵列接收的单光子信号传输给光谱仪。根据本专利技术的另一方面，提供一种制作单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的方法，包括：将单光子源器件样片固定于制冷平台上，光纤阵列的光纤阵列端面与样片平行设置且位于样片上方；将光纤阵列的光纤阵列端面抵近并对准单光子源器件样片表面；在水平面上移动光纤阵列，对单光子源器件样片表面实施扫描，通过探测单光子信号确定单光子源单元位置；耦合光纤阵列于单光子源器件样片的上述单光子源单元位置。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：(1)采用光纤阵列耦合至单光子源器件样片的单光子源单元上，相比于单根光纤垂直耦合操作更为便捷，无需通过显微镜观察来精确控制光纤端面抵近样片且固化过程也更易操作；(2)单光子源器件样片上设置微柱结构，通过Purcell效应进一步提高单光子源单元的单光子的出射速率。(3)采用光纤阵列与单光子源器件的微柱阵列耦合，光纤纤芯直径略小于微柱结构间距，实现每个光纤内芯处有且仅有一个微柱结构，操作便捷可靠，并且采用排式光纤阵列进行耦合相比于单根光纤更具有稳定性强、技术操作简单可靠等优点；(4)采用六维位移平台调节光纤端位置，实现光纤端面在微柱结构上的精确扫描并且可实现原位对准(即测试到单光子信号输出位置点可原位对准)。附图说明图1为本专利技术实施例单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的示意图；图2为制作图1中单光子源器件光纤阵列耦合输出装置应用的耦合系统示意图；图3为制作图1中单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的方法流程图。【主要元件】1-微柱结构； 2-光纤阵列； 3-光纤阵列端面；4-光纤； 5-制冷平台； 6-六维位移平台；7-激光器； 8-光谱仪； 9-波分复用器；10-夹具。具体实施方式在描述问题的解决方案之前，先定义一些特定词汇的定义是有帮助的。本专利技术中的X方向为水平左右方向，Y方向为水平前后方向，Z方向为竖直方向，XY平面为水平平面。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术实施例提供了一种单光子源器件光纤阵列耦合输出装置，如图1所示，单光子源器件样片，具有多个单光子源单元，光纤阵列2，由多根光纤4排布而成，耦合至所述单光子源器件样片的上表面，光纤阵列2中的一根或多根光纤4与所述单光子源单元耦合。本专利技术实施例中的单光子源器件光纤阵列耦合输出装置采用光纤阵列实现单光子源器件与光纤的垂直耦合输出。单光子源器件为具有微柱结构的单光子源器件。如附图1所示，单光子源器件包括多个阵列排布的微柱结构1，相邻微柱结构1之间的距离为10μm～50μm，优选为10μm，直径为1～5μm，优选为2μm，微柱结构1均包括由下至上依次生长的下DBR(Distributed Bragg Reflector)层、有源区以及上DBR层，下DBR层、有源区以及上DBR层形成共振腔，有源区为自组织梯度生长的In(Ga)As/GaAs量子点，只有有源区存在量子点稀点的微柱结构1才可以发射单光子，作为单光子源单元，微柱结构1通过半导体工艺在形成有依次生长有下DBR(Distributed Bragg Reflector)层、有源区以及上DBR层的单光子源器件样片上刻蚀而成，微柱结构1通过Purcell效应进一步提高单光子的出射速率。光纤阵列2由多根光纤4阵列排布而成，光纤阵列端面3尺寸优选为3mm×2.5mm，并且经磨平处理，光纤选用普通的单模光纤，光纤4的直径为125μm，内芯直径为9μm，略小于相邻微柱结构1之间的距离，可保证每个光纤内芯处有且仅有一个微柱结构，且相邻微柱结构1之间的合适距离可以对光纤阵列形成有效的支撑。本实施例还提供了一种制作上述单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的耦合系统，如图2所示，其中，制冷平台5，用于固定单光子源器件样片，并保持固定单光子源器件样片处于低温，可以通过倒入液氮使单光子源器件样片处于低温，优选77K。六维位移平台6，通过夹具固定光纤阵列2，并在X、Y、Z三个方向上移动光纤阵列2。激光器7，用于产生激发光，来激发单光子源器件样片中的单光子源单元。光谱仪探测器8，用于探测单光子源单元产生的单光子信号。波分复用器9(Wavelength Division Multiplexing，WDM)，连接激光器7、光谱仪探测器8和光纤阵列2，将激光器7的激发光传输给光纤阵列2中，将光纤阵列2接收的单光子信号传输给光谱仪8。本专利技术实施例还提供了一种利用上述耦合系统制作单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的方法。采用激光器7发射激发光通过波分复用器9经光纤阵列2激发单光子源器件样片上的微柱结构1，若微柱结构1为单光子源单元，则受激发光激发产生单光子，反向经过光纤阵列2及波分复用器9，由光谱仪探测器8收集，通过六维位置平台带动光纤阵列在样片的微柱结构1上移动，并通过光谱仪探测器8实时探测单光子来寻找微柱结构1中的单光子源单元，确定单光子源单元位置而后通过紫外胶固化原位将光线阵列2耦合至单光子源单元形成单光子源光纤输出器件。其中光纤阵列2中一根光纤或根光纤用于传输激发光和单光子信号，优选用一根光纤来传递传输激发光和单光子。具体的，制作单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的方法包括以下步骤，如图3所示：步骤A：在量子点单光子源器件样片上刻蚀出阵列排布的微柱结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单光子源器件光纤阵列耦合输出装置，其特征在于，包括：单光子源器件样片，具有多个单光子源单元，所述单光子源单元能够发射单光子；光纤阵列(2)，包括多根光纤(4)，耦合至所述单光子源器件样片的上表面，其中光纤阵列(2)中的一根或多根光纤(4)与所述单光子源单元耦合。

【技术特征摘要】
1.一种单光子源器件光纤阵列耦合输出装置，其特征在于，包括：单光子源器件样片，具有多个单光子源单元，所述单光子源单元能够发射单光子；光纤阵列(2)，包括多根光纤(4)，耦合至所述单光子源器件样片的上表面，其中光纤阵列(2)中的一根或多根光纤(4)与所述单光子源单元耦合。2.根据权利要求1所述的单光子源器件光纤阵列耦合输出装置，其特征在于，所述单光子源器件样片具有多个微柱结构(1)，光纤阵列(2)中的一根或多根光纤与作为单光子源单元的微柱结构(1)耦合。3.根据权利要求2所述的单光子源器件光纤阵列耦合输出装置，其特征在于，所述光纤阵列(2)中光纤的直径略小于所述微柱结构(1)间距。4.根据权利要求2所述的单光子源器件光纤阵列耦合输出装置，其特征在于，所述光纤阵列(2)中光纤的直径为9μm，所述微柱结构(1)间距为10μm。5.一种用于制作权利要求1至4中任一所述的单光子源器件光纤阵列耦合输出装置的耦合系统，其特征在于，包括：制冷平台(5)，用于固定及冷却单光子源器件样片；六维位移平台(6)，通过夹具(10)固定光纤阵列(2)，用于移动光纤阵列(2)；激光器(7)，用于产生激发光，激发单光子源器件样片中的单光子源单元；光谱仪探测器(8)，用于探测所述单光子源单元产生的单光子信号；波分复用器(9)，连接所述激光器(7)、光谱仪探测器(8)和光纤阵列(2)，将所述激光器(7)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马奔，陈泽升，尚向军，倪海桥，牛智川，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11