[實用新型]一種寬禁帶半導(dǎo)體量子點熒光的二階相關(guān)性測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720512774.1
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN206930368U
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張暉;李沫;陳飛良;李倩;孫鵬;黃鋒;李俊澤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙)51211
• 代理人: 蔣斯琪

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及量子點、單光子源及量子信息、量子保密通訊領(lǐng)域，提供了一種半導(dǎo)體量子點熒光量子特性的測量系統(tǒng)，利用該測量系統(tǒng)可以確定半導(dǎo)體量子點熒光的二階相關(guān)性。

背景技術(shù)

單光子源是能夠穩(wěn)定地發(fā)出單個光子的反群聚源，即其發(fā)出的光子流是在一定的時間間隔內(nèi)只包含一個光子，是量子信息技術(shù)，如量子保密通訊和量子計算的基礎(chǔ)。目前實現(xiàn)單光子源的方式主要有衰減脈沖激光，金剛石NV色心，單原子或分子共振熒光發(fā)光，單量子點熒光等方式。其中寬禁帶半導(dǎo)體的量子點，在材料外延、可控n型及p型摻雜、大的激子束縛能方面，均使其在室溫電注入微納單光子源方面有較好前景。

衡量及判斷一個光源是否是單光子源，最基本的需要檢測其發(fā)出的光子流是否具有反群聚性，即經(jīng)典光源往往同時發(fā)出多個光子，而單光子源發(fā)出的光子則在時空上是一一分離的。在實驗上，將光源發(fā)出的光子流利用反射透射比為50：50的分束器分成兩束，利用探測器探測并記錄兩束光子流中是否有光信號到達以及相應(yīng)的到達時間，二階相關(guān)性即衡量光子同時到達性的參數(shù)。對于理想的單光子源，由于光子流中的單光子在分束器中無法再被二分，因此將以分別50%的概率進入到兩個探測器，因此兩個探測器永遠(yuǎn)不會“同時”出現(xiàn)光信號的到達事件。而經(jīng)典光源的光信號中由于包含群聚的多個光子，將可以被分束器分成兩束，同時到達探測器。

半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)熒光的二階相關(guān)性測量需要在顯微光路下進行，光學(xué)顯微鏡的空間分辨能力約在300nm，而單光子源領(lǐng)域涉及的量子點尺寸往往在100nm以下，光學(xué)顯微鏡下難以識別。常見的解決方法包括利用EBL預(yù)先制備微米級標(biāo)記來指示量子點位置，并利用可見波段的激光作為激發(fā)源。可見波段的激光光斑較大，直徑一般在微米級，在有標(biāo)記指示量子點大致方位的條件下可以較容易照射到量子點上，而針對寬禁帶半導(dǎo)體，激發(fā)光源需要為紫外激光甚至深紫外激光，聚焦后激光斑尺寸很小，如果僅通過微米級標(biāo)記指示的方法，將激光照射到量子點的難度很大，實驗成功率及效率很低。因此，針對寬禁帶半導(dǎo)體量子點發(fā)展二階相關(guān)性的新測量系統(tǒng)及方法在單光子源研究中有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型公開了一種針對寬禁帶量子點熒光的二階相關(guān)性測量系統(tǒng)，旨在提供一種高效、易實施的驗證單量子點光源的單光子性的方案，利用該測量系統(tǒng)可以確定半導(dǎo)體量子點熒光的二階相關(guān)性。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

寬禁帶量子點熒光的二階相關(guān)性測量系統(tǒng)，其至少包括：

一激光源，用于提供激光，作為量子點熒光的激發(fā)源，其波長短于量子點熒光帶隙；

一共聚焦顯微鏡，用于對激光進行聚焦，也用于收集量子點熒光；

一電動平移載物臺，用于放置帶激發(fā)的樣品，并實現(xiàn)樣品進行橫向平面內(nèi)的位移，電動平移載物臺放置于共聚焦顯微鏡下方；

一光譜儀，包括兩個出口；一個出口外接光譜成像CCD，用于測量針對未知熒光峰位置的量子點的熒光譜；另一個出口外接二階相關(guān)性測量裝置，用于測量樣品熒光的二階相關(guān)性。

所述二階相關(guān)性測量裝置包括：單光子計數(shù)器，用于探測到達的包含多于或等于一個光子的極弱光；時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)，用于對單光子計數(shù)器輸出信號事件的相對時間進行精確測量。

所述二階相關(guān)性測量裝置具體包括：分束器II，兩個單光子計數(shù)器，一個時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)，分束器II位于光譜儀的出口處，兩個單光子計數(shù)器分別位于分束器II的兩個反射光方向，兩個單光子計數(shù)器均連接至?xí)r間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)；所述分束器II，用于將光譜儀的出射光分為等分的兩束，分別入射到兩個單光子計數(shù)器。

所述激光源和共聚焦顯微鏡之間按照光照順序依次設(shè)置有窄帶濾光片、反射鏡I、分束器I、反射鏡II，進一步，所述分束器I和光譜儀的進光口之間設(shè)置有高通濾光片；所述激光窄帶濾光片，用于過濾掉激光中的雜峰；所述反射鏡I和反射鏡II，用于光路方向調(diào)整，可根據(jù)實際光路搭建需求調(diào)整增減；所述分束器I，用于激發(fā)光與信號光的合束，使激發(fā)光被反射到待激發(fā)的樣品，并使得樣品的熒光透射進后續(xù)測量光路；所述高通濾光片，用于過濾掉信號光中的激光源瑞利散射峰。

所述分束器I采用二向色分束器。

所述分束器I和分束器II均為反射透射比為50：50的分束器。

使用上述系統(tǒng)測量寬禁帶半導(dǎo)體量子點的二階相關(guān)性時，其測量步驟為：

待激發(fā)的樣品，即載有寬禁帶半導(dǎo)體量子點的襯底，平放于電動平移載物臺上，電動平移載物臺可以實現(xiàn)樣品在橫向平面內(nèi)的精確位移；