双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源制造技术

本发明专利技术公开了双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，包括衬底、双曲超材料和量子点，双曲超材料的表面或内部有光栅微结构；双曲超材料是由介质薄膜和金属薄膜/介质薄膜和类金属薄膜交替形成一维周期性结构；量子点置于一维周期性结构内部或在双曲超材料的近场；本发明专利技术利用双曲超材料实现量子点宽带自发辐射增强，同时结合光栅的定向耦合输出特性提高光出射效率，大大提高量子点单光子源的光子产生速率和收集利用效率，可实现GHz以上的高频、高亮度、定向发射的量子点单光子源；同时兼容光泵浦和电泵浦两种激发方式，并适用于从紫外到红外各个波段；可广泛应用于量子信息、量子计算、量子成像、量子认证、量子精密测量相关领域。

High frequency quantum dot single photon source enhanced by hyperbolic supermaterial composite grating

The invention discloses a high frequency Ultra hyperbolic quantum dot composite grating enhanced single photon source, including substrate, Ultra hyperbolic materials and quantum dots, hyperbolic metamaterial surface or internal grating microstructure; hyperbolic metamaterial is composed of dielectric film and metal film / media films and metal film is alternately formed one-dimensional periodic structure; internal quantum dots in one-dimensional periodic structure or hyperbolic metamaterials in the near field; the invention uses hyperbolic metamaterials quantum dots broadband enhanced spontaneous emission, combined with the output characteristics of directional coupling grating to improve light emitting efficiency, greatly improve the photon quantum dot single photon source production rate and collection efficiency, quantum can achieve more than GHz high frequency, high brightness, directional emission of single photon source; compatible with optical pumping and electrically pumped two excitation mode, and applies from UV It can be widely used in quantum information, quantum computing, quantum imaging, quantum authentication, quantum precision measurement and other fields.

【技术实现步骤摘要】
双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源
本专利技术涉及单光子源、超材料、微纳光子领域，具体是指一种双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源。
技术介绍
单光子源不仅在量子信息处理、量子保密通讯、量子雷达和量子光学计算中举足轻重，在微量吸收测量、超高灵敏磁场测量、生物荧光标记与成像等领域也有重要应用价值。在众多单光子发射的产生方案中，基于量子点的单光子源相比其它单光子源在各方面都有着很大的优越性，如具有谱线宽度窄、振子强度高、不会发生光褪色或闪烁、时间抖动小、重复频率高、发射波段可覆盖从紫外到红外的各个波段、适于电泵浦等。通常，量子点发射单光子都是没有方向性的，而且其在自由空间中的自发辐射效率低，造成重复频率低。尤其对于Ⅲ族氮化物半导体材料，有着强的自发极化和压电极化场，导致电子-空穴波函数分离（即量子限制斯塔克效应），使其自发辐射过程受到抑制，重复频率受到限制。而在大部分的量子技术应用中，都要求单光子源必须具备GHz以上的高重复频率。为了提高单光子源的重复频率和发射效率，获得高品质单光子源，可以将量子点放在微腔中，利用Purcell效应，即微腔中量子发射体的自发辐射较处于自由空本文档来自技高网...

【技术保护点】
双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：包括衬底（1）、在衬底（1）上的双曲超材料、量子点（4），所述双曲超材料的表面或内部形成有光栅微结构；所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和金属薄膜，或介质薄膜（21）和类金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构；所述量子点（4）置于双曲超材料的一维周期性结构内部或在双曲超材料的近场。

【技术特征摘要】
1.双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：包括衬底（1）、在衬底（1）上的双曲超材料、量子点（4），所述双曲超材料的表面或内部形成有光栅微结构；所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和金属薄膜，或介质薄膜（21）和类金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构；所述量子点（4）置于双曲超材料的一维周期性结构内部或在双曲超材料的近场。2.根据权利要求1所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述衬底（1）材质为绝缘体、或半导体、或金属。3.根据权利要求1或2所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：对于从衬底（1）上表面向上出光的单光子源，所述衬底（1）采用对发射光高反射率的金属或半导体材质，或在衬底（1）上镀高反射膜；对于穿过衬底（1）向下出光的单光子源，所述衬底（1）采用对发射光透明的绝缘材质，并在衬底（1）的下表面镀减反膜。4.根据权利要求1所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述介质薄膜（21）采用对发射波段透明的材料，复介电常数实部为正值，其厚度小于或等于发射波长的十分之一；所述金属薄膜或类金属薄膜（22）的复介电常数实部在发射波段为负值，其厚度小于或等于发射波长的十分之一。5.根据权利要求4所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：对于紫外-可见波段，所述金属薄膜或类金属薄膜（22）采用Al、或Au、或Ag、或ZrN、或HfN材料；对于近红外波段，所述金属薄膜或类金属薄膜（21）采用ITO，或采用掺Al或掺Ga的ZnO，或TiN材料；对于红外波段，所述金属薄膜或类金属薄膜（21）采用石墨烯、或AlInAs、或InGaAs、或SiC材料。6.根据权利要求1所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述光栅微结构通过在双曲超材料表面上生长介质薄膜刻蚀而成，或者直接对双曲超材料进行刻蚀在其内部形成。7.根据权利要求1所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述量子点（4）与所述金属薄膜或类金属薄膜（22）的间距为1～100n...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞良，李沫，张晖，黄锋，李倩，张健，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51