基于CdSe量子点与微纳光纤环腔的全光纤单光子源研究

单光子在量子密码、量子计算、计量学等科学领域有着广泛的应用前景。凝聚态的单光子发射源具有体积微小、便于集成等优点而备受关注。然而此类发射源存在自发辐射各向同性等不利于应用的性质，因此如何在器件结构上实现对单光子的高效收集和低损耗传输，成了当前研究的热点。在本项目中，我们首次提出了将稀释的CdSe量子点涂覆在微纳光纤搭建的环形结腔表面，采用微区照明来激发单量子点，依靠微纳光纤表面的强倏逝场和环形结腔的Purcell效应实现腔模对量子点所发射的单光子的有效收集，然后利用光纤拉锥耦合到单模光纤实现低损耗的输出，从而制备高效的全光纤的室温单光子源的方案。本方案具有单光子输出效率高、结构简单、制备工艺和实验要求低等优点，同时可以适用于金刚石色心、荧光分子等其它凝聚态单光子发射源。本项目的顺利开展，可以促进低成本、高效率的单光子源的技术发展，对量子信息技术走向实用化具有重要意义。

单光子在量子信息领域有着广泛的应用前景。凝聚态的单光子发射源具有体积微小、便于集成等优点而备受关注。然而此类发射源存在自发辐射各向同性等不利于应用的性质，因此如何在器件结构上实现对单光子的高效收集和低损耗传输，成了当前研究的热点。本项目围绕微纳光纤与CdSe胶体量子点复合结构制备的全光纤室温单光子源开展了实验研究。通过优化微纳光纤拉伸装置制备实验所需要的直径300nm，透射率高于97%的微纳光纤；搭建研究单颗粒胶体量子点发光性质所需的荧光共聚焦显微系统；基于这套系统，细致研究了闪锌矿结构的CdSe/CdS核壳结构单个胶体量子点的荧光性质，揭示了这一系列胶体量子点包层厚度从4层到16层均展示非闪烁的荧光特性，推翻了之前只能在厚包层的量子点中才能实现非闪烁的错误认识；基于这些新型的量子点与微纳光纤耦合，制备了单模光纤输出的高亮度（10^5cps)，g2<0.2的单光子源。在项目执行过程中，在J. Am. Chem. Soc. 等高水平的学术期刊上发表SCI论文6篇；培养博士生2名，硕士生2名。