表面等離激元波導(dǎo)中的量子信息傳輸.pdf

1、表面等離激元近年來得到了越來越多的關(guān)注和研究，得益于其能把電磁場束縛在金屬-介質(zhì)界面附近亞波長尺度范圍內(nèi)。這種超強的光場模的空間壓縮可以減小集成光學(xué)器件的尺寸、提高光學(xué)系統(tǒng)的空間分辨率并且增強光與物質(zhì)的相互作用。然而受限于實驗技術(shù)、微納加工和電磁波計算模擬，對表面等離激元量子特性的實驗研究直到近二十年才得到發(fā)展。在基于光學(xué)的量子信息研究中，除了光子的優(yōu)良特性，光子的兩個特性一直困擾著本領(lǐng)域的發(fā)展。一是光學(xué)的模式體積受限于光學(xué)衍射極限，導(dǎo)

2、致光學(xué)器件的尺寸無法縮小，不利于集成化和大規(guī)模擴展化;二是光子與光子、光子與物質(zhì)的相互作用很弱，很難為量子操作提供足夠的非線性。表面等離激元為解決這些問題提供了可行性方案，表面等離激元的超小模式可提高光學(xué)的集成化程度并增強與量子發(fā)光體的相互作用。本人在博士期間的主要研究內(nèi)容是利用表面等離激元在亞波長尺度的波導(dǎo)中傳輸量子信號，并開發(fā)在量子信息領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文的主要內(nèi)容包括:
　　1.在600nm×600nm的電介質(zhì)加載表面等離激元

3、波導(dǎo)中觀測到了單個表面等離激元之間的Hong-Ou-Mandel干涉，工作波長為1550nm，干涉可見度為95.7％。這證明了，表面等離激元和光子一樣表現(xiàn)為玻色子的行為，為表面等離激元在量子信息領(lǐng)域中的進一步應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
　　2.分析損耗在線性量子光學(xué)集成回路中的的效應(yīng)。一般，損耗被僅僅看成影響光學(xué)回路效率的因素，可以被等效地歸結(jié)為探測器的低探測效率，而所需的量子操作都可以通過后選擇來完成。我們把損耗分為線性獨立的損耗和分享的

4、共同損耗，研究在波導(dǎo)耦合過程中，損耗對集成光學(xué)器件性質(zhì)的影響機制并計算共同損耗對集成的光學(xué)量子邏輯門保真度的影響。
　　3.實驗實現(xiàn)量子偏振糾纏的雙光子對在160nm半徑的金屬銀納米線波導(dǎo)中的傳輸。我們發(fā)明了光纖集成的表面等離激元探針，通過絕熱耦合實現(xiàn)光子與表面等離激元之間的高效率轉(zhuǎn)化。我們驗證，該探針可以在不受光學(xué)衍射極限的尺度下維持單光子自身的偏振和光子對之間的糾纏特性。
　　4.實驗實現(xiàn)了表面等離激元探針對量子點熒光的