[發明專利]離軸發射的線偏振態單光子發射器及工作方法

在審

• 申請號: 202111470270.5
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114188822A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 闞銀輝;陳方舟
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/062;B82Y20/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 祁春倪

本發明提供了一種離軸發射的線偏振態單光子發射器及工作方法，包括：量子發射器、基底、激發光、介電層以及微納結構陣列；所述介電層上設置所述微納結構陣列和所述量子發射器；所述微納結構陣列包括左側微納結構陣列和右側微納結構陣列，所述左側微納結構陣列和所述右側微納結構陣列之間安置所述量子發射器；所述激發光入射至所述量子發射器，介電層背向所述微納結構陣列一側設置所述基底。本發明設計的兩側不同周期和寬度的半環狀結構，不僅使得離軸偏振方向能達到60°以上，同時保證了穩定的線偏振屬性。

技術領域

本發明涉及量子技術領域，具體地，涉及離軸發射的線偏振態單光子發射器及工作方法。

背景技術

單光子發射器，一般指無論外界怎么激發(連續激光或脈沖激光或是電致激發)，該系統只能在自發輻射壽命期間(約ps到ns時間尺度)發射出一個光子，即不可能在某一時刻同時發射兩個及以上數量的光子，即單光子發射器，通俗的講就是光子是一個接著一個發射。單光子發射器是量子通信、量子計算等量子技術的核心器件。量子發射器，是實現單光子源的具體載體，在此類量子體系中，激發態的原子躍遷到基態，會產生光子(注意，量子發射器不一定都是單光子發射器，比如當光子不是一個接一個發射的量子發射器就不是單光子發射器)。常見的量子發射器包括量子點、單分子、含空位中心的納米金剛石等。自然界中的量子發射器一般具有發射器效率低、偏振態和發射方向不穩定等缺點，一般需要額外的修飾加工才能實際應用。在量子發射器周圍引入微納結構，就有可能改變量子發射器的發射特性，可以對包括偏振、方向等參量進行調控。線偏振態，光在傳輸的過程中，電場矢量始終在一個平面內振蕩，從光矢量端點來看其軌跡是一條直線，因而稱為線偏振。光具有波粒二象性，因而一簇光子的特性也是可以當做光波來用偏振作說明。

具體到本專利，希望提供一種具有穩定的線偏振屬性，且實現較大角度可調離軸偏振方向的單光子發射器。

傳統的技術需要使用復雜的外部光學系統包括偏振片、四分之一波片、反射鏡等在光子發射之后濾光、透反射和調節偏振態，效率低下且整體系統復雜。現有技術Directional off-normal Photon Streaming from Hybrid Plasmon-Emitter CoupledMetasurfaces所使用的微納結構是環狀公牛眼結構，雖然實現了帶有一定方向偏轉的光子發射，但其方向偏轉的最大角度也小于20°，不可以使光子的發射方向在較大大幅度內調控，且所發射的光子偏振態不確定(并且非線偏振)。

專利文獻CN103532010A公開了一種基于高折射率對比度光柵結構的單光子發射器及其制作方法。該單光子發射器包括：GaAs襯底；在該GaAs襯底上制備的外延片，該外延片由下至上依次包括GaAs緩沖層(1)、DBR(4)和(6)、InAs量子點有源區(5)和高折射率對比度光柵(低折射率(7)和高折射率材料(8))。在該外延片上采用標準光刻技術及ICP技術刻蝕露出GaAs緩沖層作為N型歐姆歐姆接觸層，然后分別在高折射率材料和GaAs緩沖層上蒸發合金作為P型電極和N型電極。利用電子束曝光和ICP刻蝕技術在高折射率材料上制作亞微米級光柵，利用腐蝕液選擇性腐蝕光柵下層的材料，得到低折射率的空氣層。該專利介紹了一種與高折射率對比光柵相結合的單光子發射器，未能實現具有穩定的線偏振屬性，且實現較大角度可調離軸偏振方向的單光子發射器。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種離軸發射的線偏振態單光子發射器及工作方法。

根據本發明提供的一種離軸發射的線偏振態單光子發射器，包括：量子發射器、激發光、基底、介電層以及微納結構陣列；

所述介電層上設置所述微納結構陣列和所述量子發射器；

所述微納結構陣列包括左側微納結構陣列和右側微納結構陣列，所述左側微納結構陣列和所述右側微納結構陣列之間安置所述量子發射器；

所述激發光入射至所述量子發射器；

所述介電層背向所述微納結構陣列一側設置所述基底。