Quantum optics and cavity QED with quantum dots in photonic crystals
本章主要研究半导体量子点在光子晶体腔中的外延生长量子光学。首先，我们将简要介绍光子晶体和量子点，然后介绍腔量子电动力学（QED）效应，特别强调在量子点-光子晶体平台上演示这些效应。最后，我们将重点讨论这种腔QED效应的应用。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Heralded Preparation and Readout of Entangled Phonons in a Photonic Crystal Cavity
我们提出了一个现实的协议的准备和读出的机械贝尔态的光机系统。该建议依赖于表征光子晶体腔模式的参数，耦合到结构的两个局部弯曲模式，但同样适用于相同参数范围内的其他光学机械系统。非经典状态预示着通过光学后选择，并揭示在特定的干涉图案特征的腔频率的发射。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron Condensation in a Jellium Coupled to a Finite Photonic Cavity
我们描述了电子凝聚成局域态的过程中，在一个无结构的胶态耦合到一个有限的腔。结果表明，存在一个温度T_0，在此温度以下，电子在胶团中局域化。这个过程是由耦合到腔的电子之间的相关性增强驱动的。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Strong coupling between quantum dot exciton spin states and a photonic crystal cavity
我们将高达7 T的磁场施加到强耦合到光子晶体腔的砷化铟量子点上。场提升了QD激子自旋态的简并度，并通过抗磁性和塞曼能量位移的组合来调谐它们的发射能量。我们使用磁场调谐来移动两个自旋态的能量，以选择性地与腔共振。观察到腔和两个自旋态之间的强耦合。磁场调谐使得能量偏移大至0.83 meV，而不会显著降低量子点-腔耦合强度。
2011-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Antibunching correlations in a strongly coupled exciton - photonic crystal cavity system: Role of off-resonant coupling to multiple excitons
采用主方程方法研究了光子晶体-单个量子点系统中两个独立量子点激子耦合到非共振腔的二阶量子自相关函数。对于一个单一的耦合非共振激子，我们观察到新的振荡行为的腔自相关函数的早期动力学，这导致相对于激子模式减少反聚束。与第二个耦合激子的系统中，我们发现，这些振荡的幅度和寿命大大增加，因为腔，然后能够交换光子与多个激子共振。我们明确地表明，这破坏了腔准模的反聚束特性，而第一激子的自相关性不受影响。我们还研究了探测器时间分辨率的影响，并直接连接到最近的一系列实验。
2009-06-24 cond-mat.mes-hall
Strain tuning of a quantum dot strongly coupled to a photonic crystal cavity
我们演示了强耦合到光子晶体腔的量子点的可逆应变调谐。我们观察到的平均红移为0.45 nm的量子点位于腔膜内，实现与电场为15 kV/cm施加到压电致动器。利用这种技术，我们证明了在强耦合机制下，量子点与光子晶体腔发生共振的能力，从而产生了明显的反交叉。裸腔共振对应变的敏感性低于量子点，并且在最大施加电场下仅偏移0.078 nm。
2013-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A Topology-Controlled Photonic Cavity Based on the Near-Conservation of the Valley Degree of Freedom
我们展示了一种新的路径，本地化的拓扑非平凡光子边缘模式沿其传播方向。我们的方法是基于与谷极化边缘态相关的光子谷自由度的近守恒。当边缘状态从一个明智的定向反射镜反射时，由于谷指数翻转所需的延长的时间延迟，其光能被定位在反射镜表面。在由此产生的拓扑控制的光子腔（TCPC）的能量本地化的程度是由谷翻转时间，这又是由反射镜的几何形状控制。直观的分析描述的“泄漏”和封闭的TCPC，并提出了两个具体的设计-一个用于微波和其他的光谱范围-。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall
Far-field emission profiles from L3 photonic crystal cavity modes
实验研究了L3型光子晶体腔的两个最低限制模的空间远场发射分布，与FDTD模拟结果吻合较好。然后，我们链接的远场配置文件的腔模近场的相关功能，使用一个简单的法布里-珀罗谐振器模型。通过实验和模拟的比较，阐明了无序对远场腔轮廓的影响。这些结果可用于腔中活性中心的发射工程。
2012-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity Optomechanics with Photonic Bound States in the Continuum
我们提出了一个通用的，自由空间腔光力学平台，由两个光子晶体膜，其中之一是自由悬挂，并设计形成一个微腔小于一个波长长。该腔的特征在于连续介质中的一系列光子束缚态，其原则上永远捕获光，并且可以有利地与倏逝波耦合一起使用，用于通过调谐光子晶体图案化和腔长度来实现各种类型的光机械耦合，诸如色散或耗散类型的线性或二次耦合。至关重要的是，该平台允许在超强单光子耦合机制中超过1的量子协同性，超过了传统的基于法布里-珀罗的腔光机器件在非分辨边带机制中的性能。这个概念新颖的平台允许探索新的制度的光机械相互作用，特别是在脉冲和单光子光机械的框架。
2020-07-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Continuous two-photon source using a single quantum dot in a photonic crystal cavity
提出了利用相干泵浦的量子点嵌入光子晶体腔内实现连续双光子源的方法。我们分析了量子点能级和腔模内场的稳态布居。找到了相干泵浦和非相干泵浦量子点中粒子数反转的条件。我们证明了在相干泵浦和非相干泵浦下，两个双光子激光器输出的压缩是不可见的。利用最近发展的极化子变换主方程讨论了低温下声子耦合的影响。我们还提出了利用四波混频产生光场压缩态的方案。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interaction between two modes of field mediated by two quantum dots in a photonic crystal cavity
我们在光子晶体腔中发现了双模场之间不寻常的合作双光子共振现象。当两个非共振量子点在每个腔模中发射一个光子并同时去激发时，就会发生双光子共振。在声子耦合的存在下，双光子共振的条件发生了显著的变化。利用这种双光子双模相互作用，我们提出了两个量子态的纠缠态。四元组的基由包含$0$、$1$和$2$光子的腔模的状态形成。我们还讨论了声子耦合对纠缠态负性的影响。
2020-08-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multipartite entangled states in coupled quantum dots and cavity-QED
我们研究了微腔中N个量子点系统中多体纠缠态的产生，并通过三种不同的纠缠描述来检验真正多体纠缠的出现.在动力学演化的某些时刻，通过分别将腔场初始制备为相干态的叠加态或具有一个光子的Fock态，可以产生多体纠缠相干激子态或多量子比特$W$态。最后，我们研究了环境对多体纠缠产生的影响，发现纠缠的衰减速率与激子的数目成正比。
2002-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhanced Photodetection in Graphene-Integrated Photonic Crystal Cavity
我们证明了通过耦合到长光子晶体线性缺陷腔中的慢光模式来控制石墨烯光电探测器中的光响应度的增强。在布里渊区（BZ）边界附近，多腔模的光谱耦合导致1530 ~ 1540 nm的宽带光电流增强。远离BZ边界，单个腔共振在窄共振峰中增强光电流八倍。讨论了通过入射场与石墨烯腔系统的临界耦合来优化光电流。增强的光电流证明了波长级石墨烯光电探测器用于具有高光谱选择性和宽带响应的高效光电探测的可行性。
2013-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Cavity-induced backscattering in a two-dimensional photonic topological system
通过电子，光子和声子材料中的拓扑状态的鲁棒传输的发现加深了我们对凝聚态中波传播的理解，并展望了工程超材料在通信，传感和控制环境中的关键应用。拓扑保护的传输已被证明在面对弯曲的路径和现场的随机性的结构。在这里，我们测量微波辐射在具有时间反演对称性的拓扑介质中的传播，其中腔体邻近边缘通道。耦合共振模型分析表明，该腔不是自旋守恒缺陷，在传输中产生负的时间延迟。
2019-11-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
High-Q silicon photonic crystal cavity for enhanced optical nonlinearities
我们制造和实验表征的$H0$光子晶体平板纳米腔的最大品质因数，$Q = 1.7$百万优化的设计。由硅板制成的腔具有$λ= 1.59 \mathrm{μm}$的谐振模式和测量的$400,000$的$Q$因子。它显示非线性效应，包括高对比度光学双稳态，在阈值功率之间的最低有史以来报道的硅器件。由于理论模态体积与$V = 0.34(λ/n)^3$一样小，该腔在具有最高$Q/V$比的腔中排名，同时具有适合于光子电路集成的小尺寸。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Generation of time-bin entangled photon pairs using a quantum-dot cavity system
提出了一种利用单量子点中的腔辅助受激拉曼绝热通道（STIRAP）实现时间仓纠缠光子对的确定性固态光源的方案。量子点嵌入半导体腔中，两个时间上分离的输入脉冲的相干叠加与腔模的相互作用导致双光子拉曼跃迁，通过双激子-激子级联产生时间仓纠缠光子对。我们表明，所产生的状态的纠缠可以测量使用三重符合检测，纠缠的程度被量化为干涉的可见性。我们还讨论了纯退相对产生的光子对纠缠的影响。明显的干涉可见度值大于$1/\sqrt{2}$的演示在三重符合测量使用实验可实现的参数，从而表明，所产生的光子是适合的应用与贝尔不等式违反和量子密码学。
2010-10-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strongly coupled single quantum dot-cavity system integrated on a CMOS-processed silicon photonic chip
量子光子集成电路（QPIC）是构建量子技术应用集成器件的一种很有前途的工具。在光学领域，由互补金属氧化物半导体（CMOS）技术授权的硅光子学提供了用于实现大规模QPIC的光学组件。QPIC需要单光子水平的光学非线性来促进光子-光子相互作用。然而，迄今为止，具有确定性（即，尽管基于硅光子学的QPIC的功能性增强，但是通过使用基于硅的组件来实现单光子非线性（非概率性）是具有挑战性的。在本研究中，我们首次在CMOS制程的硅光子晶片上实现了强耦合的InAs/GaAs量子点-腔量子电动力学系统。采用转移印刷法在硅片上实现了GaAs腔体的异质集成。本文实现的CMOS光子芯片上的腔QED系统是一种很有前途的片上单光子非线性元件的候选者，它构成了基于QPIC的未来应用的基础组件，如通过腔对量子比特态的相干操纵和无损测量，以及高效的单光子滤波器和路由器。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
The effect of photo-generated carriers on the spectral diffusion of a quantum dot coupled to a photonic crystal cavity
实验观察了光生载流子对耦合到光子晶体（PC）腔中的量子点（QD）光谱扩散的影响。在该系统中，光谱扩散部分地由PC的蚀刻表面上的电荷波动引起。我们发现，这些波动可能会被抑制的光生载流子，导致测量的量子点线宽减少了约2倍的光生载流子不存在的情况下相比。这一结果证明了一种可能的手段，在QD-PC腔系统中的光谱扩散的影响，因此可能是有用的量子信息应用中，窄QD线宽的期望。
2011-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Deterministic generation of large-scale entangled photonic cluster state from interacting solid state emitters
创造大的高度纠缠的“簇”态的能力对于基于测量的量子计算是至关重要的。我们发现，确定性的多光子纠缠可以从耦合的固态量子发射器创建，而不需要任何两个量子比特门，无论发射器是否相同。特别是，我们提出了一个通用的方法，通过直接使用的始终在线的交换相互作用，结合单量子比特操作的控制纠缠创建。这是用来提供一个配方，用于产生二维，集群状态纠缠光子，可以进行与现有的实验能力在量子点。
2019-08-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum control of a spin qubit coupled to a photonic crystal cavity
量子网络的一个关键组成部分是静止量子比特和光子之间的接口，光子充当相互作用和通信的飞行量子比特。光子晶体架构是增强光与固态量子位耦合的有前途的平台。量子点可以集成到光子晶体中，光学跃迁耦合到光子和自旋态，形成长寿命的量子存储器。许多研究人员现在已经成功地将这些发射器耦合到光子晶体腔中，但是还没有在这种环境中演示功能性自旋量子比特和量子门。我们发展了一个耦合腔-量子点系统，在该系统中，量子点被可控地加载了一个单电子，利用激光脉冲实现了单电子自旋量子比特的初始化、旋转和测量，发现腔可以显著地改善这些过程。
2012-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangled biphoton enhanced double quantum coherence signal as a probe for cavity polariton correlations in presence of phonon induced dephasing
我们从理论上提出了一种双光子纠缠增强多维光谱技术作为超快机制中耗散极化激元动力学的探针。它适用于腔局限的单体光合复合物，代表一个典型的多站点激子量子聚集体。所提出的技术被证明是特别敏感的两个和一个激发子空间之间的流形间极化激元相干性。它被证明是能够监测腔介导的激子相关性的动力学作用，并在声子诱导耗散的存在下的退相。纠缠双光子源的非经典性增强了信号的超快和宽带相关特性，表明了负责长距离腔辅助激子迁移的底层状态相关性。
2022-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electrodynamics with three-dimensional photonic bandgap crystals
本文综述了具有“完全和完整”三维光子带隙的三维光子晶体的最新研究进展。我们审查五个主要方面：1）自发发射抑制，2）光在微小的纳米级体积（也称为“光的纳米盒”）内的空间定位，3）导致无阈值激光器的增益介质的引入，4）在频域和时域中破坏腔QED的弱耦合近似，5）退相干，特别是通过3D光子带隙屏蔽真空波动。此外，我们列出和评估所有已知的光子晶体结构与演示的三维带隙。
2015-04-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controlled coupling of photonic crystal cavities using photochromic tuning
提出了一种利用局域可逆光致变色调谐技术控制耦合腔光子晶体分子中共振耦合相互作用的方法。我们展示了通过选择性地调谐单个腔的共振条件来调谐两腔和三腔光子晶体分子的能力。利用这种技术，我们可以定量地确定耦合腔系统的重要参数，如光子隧穿率。该方法可以推广到具有更多腔数的光子晶体分子，为研究耦合谐振腔阵列中的强相互作用提供了一种通用的方法。
2013-02-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A photonic transistor device based on photons and phonons in a cavity electromechanical system
提出了一种基于腔机电系统中光子和声子的光子晶体管方案，该系统由超导微波腔和纳米机械谐振器耦合组成。光子传播的控制是通过微波场（光子）和纳米机械振动（声子）的相互作用来实现的。通过计算的信号场的透射谱，我们表明，信号场可以有效地衰减或放大，这取决于第二个“门控”（泵）字段的功率。这种方案可能是单光子晶体管的一个有前途的候选者，并为电信和量子信息技术中的许多应用铺平了道路。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Topological Ring-Cavity Laser Formed by Honeycomb Photonic Crystals
从理论上阐明了拓扑环腔（TRC）模沿两个拓扑结构不同的蜂窝型光子晶体之间的界面传播可以获得稳定的单模激光，其最大强度比回音壁模大一个数量级.特别是，我们表明，TRC模式位于体带隙中心受益最大的增益分布，因为它们是最集中和均匀的沿环形腔，而且，继承从Dirac-like的拓扑界面状态的色散，他们是分开的频率从彼此和其他光子模式，都有利于固有的单模激光。通过注入圆偏振光，可以选择性地激发具有期望轨道角动量的在特定方向上运行的TRC模式。在本工作中提出的TRC激光器可以通过先进的半导体纳米技术制造，它产生的手性激光束理想的新的光子功能。
2021-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quasiresonant Excitation of InP/InGaP Quantum Dots Using Second Harmonic Generated in a Photonic Crystal Cavity
不可分辨的单光子是量子信息处理应用所必需的。单量子点的共振或准共振激发比非相干泵浦提供更大的单光子不可逆性，但在实验上也更具挑战性。在这里，我们展示了高信噪比准共振激发的InP/InGaP量子点。激发是通过从与光子晶体腔的基模谐振的电信波长激光器产生的二次谐波提供的，所述光子晶体腔在两倍于量子点跃迁波长处制造。使用InGaP材料基质的χ（2）非线性产生二次谐波。
2012-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultra-wide-band slow light in photonic crystal coupled-cavity waveguides
结构材料中的慢光传输是实现基于增强光学非线性的片上集成光子器件的一种非常有前途的方法。最成功的研究途径之一是设计导光光子晶体（PC）结构的能带色散。这种器件的主要目标是在尽可能大的带宽上实现慢光操作，具有大的群折射率、最小的折射率色散和恒定的透射光谱。在这里，我们报告的实验证明，迄今为止的高GBP硅基耦合腔波导（CCWs）在电信波长工作。我们的研究结果依赖于新的CCW设计，使用遗传算法优化，和精致的纳米纤维工艺。
2017-06-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Efficient out-coupling of high-purity single photons from a coherent quantum dot in a photonic-crystal cavity
我们证明了在光子晶体腔的低Q模式下，$(44.3\pm2.1)\%$从量子点的单光子收集效率，记录的单光子纯度为$g^{(2)}(0)=(4\pm5)\%$高于饱和功率。通过在耦合到腔模的另一个量子点上的单光子探测器上每秒探测高达$962\pm46$千计数，直接证实了高效率。高收集效率被发现是宽带的，详细的数值模拟解释。腔增强的有效激发的量子点是通过声子介导的激发，并在这些条件下，单光子不可逆性测量显示长的相干时间达到$0.77\pm0.19$ ns在弱激发制度。我们的工作表明，光子晶体提供了一个非常有前途的平台，高度集成的相干单光子的产生，包括有效的光子从光子芯片的耦合。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multiplexed color centers in a silicon photonic cavity array
研究开发了一种由总线耦合腔阵列组成的硅光子平台，实现了对腔增强T中心阵列的频率多复用操作，为高效片上和长距离纠缠分发提供了可扩展方案。
2025-01-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
