Theory and design of quantum light sources from quantum dots embedded in semiconductor-nanowire photonic crystal systems
我们介绍了一种新的平台，用于实现芯片上的量子电动力学使用光子晶体波导结构组成的周期性纳米线阵列与嵌入半导体量子点作为量子光源。这些基于波导的结构，现在可以制造具有优异的精度，被发现产生波导Purcell因子超过100和片上β因子高达99%。我们研究了光子晶体波导和有限尺寸结构的基本光学性质，使用光子能带结构计算和严格的格林函数计算，使我们能够获得模式特性和光子态的局域密度。与基于平板的光子晶体的比较也作出了，我们强调了在纳米线系统的关键优势，包括潜在的，以尽量减少非本征散射损失，并产生高的理论Purcell因子和β因子的芯片上。我们还表明，这些结构表现出丰富的光子兰姆位移在宽带频率。
2014-11-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
High Kinetic Inductance Superconducting Nanowire Resonators for Circuit QED in a Magnetic Field
我们提出了基于NbTiN纳米线的超导微波频率谐振器。纳米线的小横截面使涡流的产生最小化，使得谐振器对磁场有弹性。测量的内在品质因数在$6$ T平面内磁场中超过$2\times 10^5$，在$350$ mT垂直磁场中超过$3\times 10^4$。由于它们的高特性阻抗，这些谐振器预计开发的零点电压波动的一个数量级大于标准的共面波导谐振器。这些特性使得纳米线谐振器非常适合于需要与具有小电偶极矩的量子系统强耦合并需要磁场的电路QED实验，例如单量子点和双量子点中的电子。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall
Effect of quasi-bound states on coherent electron transport in twisted nanowires
扭曲电子波导的量子传输谱揭示了行波态和准束缚态之间的耦合。通过开边界薛定谔方程的直接数值解，我们挑出扭曲的影响，并显示如何存在的局域态导致Breit-Wigner或Fano共振的传输。我们还发现，准束缚态的能量增加扭曲，尽管沿波导的截面积恒定。虽然不同传输通道的混合预计会降低电导，但将局域能级转移到旅行态能量范围内可以减少其对相干传输的不利影响。
2010-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Advanced architectures for coupling III-V nanowires to photonic integrated circuitry
University of Ottawa（渥太华大学）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
该研究提出了一种混合设备，利用半导体量子点嵌入纳米线与非连续弯曲波导结构的倏逝耦合，实现单光子的回收与发射，展示了中性、X和XX以及带电X-激子的单光子发射，并通过不同面收集复杂实现级联发射。
2026-03-12 cond-mat.mes-hall
Dynamic strain modulation of a nanowire quantum dot compatible with a thin-film lithium niobate photonic platform
本研究将纳米线量子点集成到铌酸锂平台，通过表面声波实现动态应变调谐发射，保持单光子纯度，并提出了与薄膜波导耦合的器件架构。
2023-08-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Direct-Laser-Written Polymer Nanowire Waveguides for Broadband Single Photon Collection from Epitaxial Quantum Dots into a Gaussian-like Mode
本文利用直写激光制备聚合物纳米线波导，将外延量子点发射耦合到HE11模式，在金属纳米环系统中实现3.0±0.7倍收集效率提升，且不改变原有器件层。
2023-05-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Ab initio Study of Nonlinear Optical Susceptibilities in Silicon Nanowires
利用与时间无关的密度泛函理论（TIDFT）研究了窄（1 nm-2 nm）硅纳米线（SiNW）的二阶光学极化率。$χ^{(2)}$的值被提高到200 pm/V，这有望在SiNW中产生强的二次谐波（SHG）。对于[100]、[110]和[111] SiNW，$χ^{(2)}$张量的yxx分量分别为81、225和81 pm/V。这些与实验中报道的应变硅波导的$χ^{(2)}$值非常一致。对于[110]和[100] SiNW，三阶磁化率$χ^{(3)}$在（0.1-12）x $10^{-18} \frac{m^{2}}{V^{2}}$的范围内，这接近于体硅的实验值（0.1-0.2）x $10^{-18} \frac{m^{2}}{V^{2}}$，并且对于[111] SiNW，它是100倍更好。这项研究表明，通过对称性破缺通过应变和表面终止/重建，以及这种基于DFT的方法在预测纳米结构的非线性光学性能的适用性，提高在硅纳米线的SHG的可能性。
2017-07-26 cond-mat.mes-hall
Intermediate Field Coupling of Single Epitaxial Quantum Dots to Plasmonic Waveguides
本文针对GaAs量子点与银纳米线等离激元波导直接结合时损耗过大的问题，提出在中间场区域引入间隔层，并通过实验与模拟证明该方案可借助驻波干涉将耦合效率提升至四倍。
2023-10-26 cond-mat.mes-hall
A strain-tunable quantum dot embedded in a nanowire antenna
我们展示了一个弹性可调的自组装量子点的纳米线天线，发射单光子的分辨率有限的光谱线宽。单光子器件由嵌入在自上而下制造的纳米线波导中的单个量子点组成，该纳米线波导集成到压电致动器上。非共振激发导致静电（波动）电荷可能在纳米线表面，造成直流斯塔克位移（不均匀加宽）;低激发功率，没有观察到的效果和分辨率有限的线宽获得。尽管在高纵横比纳米线显着的应变场弛豫，我们实现了高达1.2毫电子伏的调谐点的跃迁能量。具有高亮度、分辨率受限线宽和波长可调谐性的单光子源是未来量子技术的希望所在。
2014-11-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Transition from Diffusive to Localized Regimes in Surface Corrugated Optical Waveguides
本文给出了表面波纹光波导透射率的精确计算。漫射光或其他电磁波从粗糙表面的弹性散射引起沿波导轴的漫射传输。随着波导的波纹部分的长度增加，观察到从扩散到本地化制度的过渡。这涉及与纳米线中的电子传导的类比，因此，可以引入类似于"电阻“的概念。我们显示出的弹性平均自由程和本地化长度随波长的振荡行为。
1998-01-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Photo-induced electron transfer in the strong coupling regime: Waveguide-plasmon polaritons
光子在材料和光腔之间的可逆交换可导致形成混合光-物质状态，其中材料性质如物质的功函数\cite{Hutchison_AM2013a}、化学反应性\cite{Hutchison_ACIE2012a}、超快能量弛豫\cite{Salomon_ACIE2009a,Gomez_TJOPCB2012a}和电导率\cite{Orgiu_NM2015a}与不存在与电磁场的强相互作用的相同材料的性质显著不同。在这里，我们表明，强烈的光-物质之间的耦合半导体波导和局部等离子体共振金属纳米线上的限制光子修改的光-诱导电荷-等离子体衍生（热）电子到接受状态的半导体材料的转移率的效率。超--快速光谱测量揭示了瞬态信号的幅度之间的强相关性，归因于电子驻留在半导体中，和波导和等离子体激元激发的杂交。
2015-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optimized Absorption of Light in Perovskite Nanowire Solar Cells
本研究通过麦克斯韦方程模拟钙钛矿纳米线阵列的光吸收，发现最佳直径受波导模式影响，TCO层使最佳直径偏移100 nm，1500 nm长纳米线可达90%宽带吸收潜力。
2023-10-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Routing surface plasmons by a quantum-dot nanostructure: nonlinear dispersion effects
在量子信息处理中，通常采用单量子发射器的线性波导作为路由器来构建量子网络。在这里，我们研究了非线性色散对单表面等离子体激元的量子路由的影响，两个金属纳米线与一对量子点之间。利用实空间中的全量子理论，我们得到了单个表面等离子体激元在一对量子点散射下进入两个等离子体激元波导的四个出口的路由概率。结果表明，通过适当地设计点间距离和点-等离子体激元耦合，表面等离子体激元在等离子体激元波导通道之间的路由能力可以显著高于由具有线性色散的单发射极波导形成的相关网络。有趣的是，目前的二次色散在波导传递的表面等离子体激元输运的明显Fano样的共振。因此，所提出的双点配置可以用作用于控制等离子体波导中的表面等离子体激元路由的鲁棒量子路由器和等离子体Fano类共振控制器。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Light-Sound Interaction in Nanoscale Silicon Waveguides
本论文主要研究奈米矽波导中近红外线与千兆赫声波的相互作用。第二章介绍了光子-声子耦合及其理论描述，描述了基本机制并发展了该过程的量子场论。第三章探讨了波导和腔中的动力学效应。证明了布里渊增益系数与真空耦合率之间的关系。第四章研究了纳米硅波导中布里渊散射的观测。波导紧密地限制$193 \, \text{THz}$光和$10 \, \text{GHz}$声振动。由于泄漏到二氧化硅衬底中，声学品质因数仍然限于约$300$。这些波导在$25 \, \text{mW}$的泵浦功率下在窄带频率中是光学透明的。除了这种放大之外，我们还将$10 \, \text{GHz}$微波信号转换到$1 \, \text{THz}$上。第五章扩展了第四章的实验工作，制作了一个由二氧化硅锚固定的完全悬浮的纳米线级联。这增强了从$300$到$1000$的机械品质因数，使得能够观察到布里渊放大超过硅中的传播损耗。放大的量主要受到随着悬架数量增加而声学质量快速下降的限制。我们提出了一种机制，以取消这种不均匀的扩大。第六章着眼于窄硅缝隙波导的潜力，以提高光机耦合。对于某些尺寸，这些波导支持光声模式，其相互作用效率比单纳米束系统高一个数量级。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interfacing a quantum dot spin with a photonic circuit
可扩展的光学量子信息处理器可能是具有集成源、检测器和确定性量子逻辑或量子存储器元件的波导电路。由于具有微秒相干时间、超快相干控制和寿命有限的跃迁，半导体量子点自旋是静态量子位的自然选择。然而，它们与飞行光子量子比特的集成需要片上自旋光子接口，这带来了一个基本问题：通过圆偏振光子测量和控制自旋状态，但波导仅支持线性偏振。我们在这里展示了一个解决方案的基础上，两个正交的光子纳米线，其中的自旋状态被映射到一个路径编码的光子，从而提供了一个可扩展的自旋光子网络的蓝图。此外，对于某些器件，我们观察到圆偏振态直接映射到正交纳米线。这一结果，这是物理上令人惊讶的非手性结构，被证明是与纳米定位的量子点相对于光子电路。
2012-06-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
InAs quantum dot in a needlelike tapered InP nanowire: a telecom band single photon source monolithically grown on silicon
在硅衬底上实现在电信波段发射的单光子源对于实现长距离通信安全的互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容器件至关重要。在这项工作中，我们提出了一个小的锥角和纳米线的直径定制，以支持单模波导的硅衬底上的针状锥形InAs/InP量子点-纳米线（QD-NWs）的单片生长。这样的NW几何形状通过在通过分子束外延的NW的金催化生长期间的轴向和径向生长上的受控平衡来获得。这使我们能够调查的锥角上的单个InAs/InP QD-NW的发射特性的影响。在室温下，单个InAs量子点嵌入2°锥形InP NW中，在电信O波段呈现高斯远场发射分布，光束发散角为30°。此外，在低温下观察到非共振激发的单光子发射，并且对于7°锥形NW获得最佳结果$g^2(0) = 0.05$。这一全面的研究为在硅上单片生长基于InAs/InP量子点纳米线的电信波段高效单光子源铺平了道路。
2019-11-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Acoustic modulation of individual nanowire quantum dots integrated into a hybrid thin-film lithium niobate photonic platform
本研究将纳米线量子点集成于薄膜铌酸锂平台，利用表面声波实现波长调制与量子点共振，为片上不可区分单光子和量子信息处理奠定基础。
2024-07-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Far-field directionality control of coupled InP nanowire lasers
该研究通过精确调控位点选择性InP纳米线间的光学耦合，设计生长TE01模式的纳米线双体与三体，实现远场发射由甜甜圈状向双瓣状转变，并验证周期阵列定向激射超表面的可行性。
2025-07-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single plasmon transport in one dimensional nanowire
Université Bourgogne Europe, CNRS, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ICB UMR 6303（勃艮第欧洲大学，法国国家科学研究中心，勃艮第卡诺跨学科实验室）；Université Marie et Louis Pasteur, CNRS, Institut FEMTO-ST UMR 6174（玛丽和路易·巴斯德大学，法国国家科学研究中心，FEMTO-ST研究所）
提出统一理论框架，结合量子化电磁格林张量与有效非厄米哈密顿模型，研究一维纳米线中单等离激元输运，分析多发射器系统对反射透射谱的优化，实现低至2%的透射率和耦合损耗降低至三分之一。
2026-06-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controlling the Coupling Strengths in Nanophotonic Networks using Modified Yagi-Uda Nanoplasmonic Antennas
Lund University（隆德大学）
该研究提出用改进型八木-宇田纳米等离子体天线结合III-V族纳米线，构建可灵活调控节点间耦合权重的紧凑型纳米光子网络，可用于实现复杂连接的神经网络。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Towards on-chip generation, routing and detection of non-classical light
基于超导-半导体混合系统，我们在一个芯片上制作了一个集发射器、波导和探测器于一体的集成光子电路。我们使用NbN超导纳米线单光子探测器在芯片上探测自组装InGaAs量子点的光致发光。使用这些探测器的快速时间响应，我们进行时间分辨的非共振激发量子点的研究。通过对信号进行时间滤波，我们能够共振激发量子点，并利用集成的超导单光子探测器在芯片上探测其共振发光。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall
Lasing from SOI-integrated GaAsSb nanowires via resonator-driven optical feedback
Walter Schottky Institute, TUM School of Natural Sciences, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Institute of Physics and Astronomy, Technical University Berlin（柏林工业大学）
本研究通过将GaAsSb纳米线集成到硅基板上的环形共振器上，实现了硅透明波长的光学反馈，从而改善了纳米线激光器的发射线宽和频率稳定性。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Localised excitation of a single photon source by a nanowaveguide
目前，集成光子学是量子信息处理（QIP）的关键技术，但实现单光子发射器的高效集成的量子网络全光总线仍然是一个挑战。光子晶体和空腔是很好的候选者，但没有解决如何有效地解决纳米级发射器。利用纳米线的半导体波导，我们实现了一种混合纳米器件，它可以局部激发单光子源（SPS）。纳米线充当无源或有源亚波长波导以激发量子发射器。我们的研究结果表明，局部激发的SPS是可能的，并与自由空间激发。我们的原理实验证明了绝对寻址效率ηa = 10-4，仅比使用自由空间光学器件的效率低50%。这一重要步骤表明，在半导体纳米线制成的半导体波导中，可以实现足够的引导光来激发单个光子源。我们完成了一个混合系统，提供了巨大的潜力，电驱动的SPS和有效的单光子收集和检测，开辟了最佳的吸收/发射的纳米级发射器的方式。我们还讨论了如何提高寻址效率的偶极纳米级发射器与我们的系统。
2015-12-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
On-chip time resolved detection of quantum dot emission using integrated superconducting single photon detectors
我们报告的路由的量子光发射的自组装InGaAs量子点（QDs）到GaAs脊波导的光学模式和其有效的检测片上通过倏逝波耦合到NbN超导纳米线单光子探测器（SNSPD）。嵌入在这种集成纳米光子电路中的单个QD光源对于光子信息科学中许多应用的量子光子电路的实现具有高度吸引力。在这里，我们表明，波导耦合SNSPD主要检测QD发光与散射光子从激发激光可以忽略不计的比较。SNSPD检测效率从倏逝耦合波导模式被示出为两个数量级高时，与正常入射照明下的操作相比。此外，在现场的时间分辨测量显示的平均激子寿命为0.93 \pm 0.03 ns时，记录与集成检测器的超快定时抖动只有72 \pm 2 ps，显示了这种高度集成的量子光学系统的巨大潜力。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
Bright nanoscale source of deterministic entangled photon pairs violating Bell's inequality
全球性的、安全的量子信道将需要纠缠光子的有效分布。长距离、低损耗的互连线只能利用光子作为量子信息载体来实现。然而，结合高量子比特保真度和按需明亮发射的量子光源已被证明是难以捉摸的。在这里，我们展示了一个明亮的光子纳米结构产生偏振纠缠光子对，强烈违反贝尔不等式。产生纠缠光子的高度对称InAsP量子点封装在锥形纳米线波导中，以确保定向发射和有效的光提取。在80 MHz脉冲激发下，我们在第一透镜处收集了$\sim$ 200 kHz纠缠光子对，这是没有光子纳米结构的裸量子点的20倍增强。使用Clauser-Horne-Shimony-Holt不等式进行的Bell检验揭示了高达9.3个标准差的明显违反（$S_{\text{CHSH}}>2$）。通过在纤锌矿InP纳米线共振处使用一种新的准共振激发方案来减少多光子发射，纠缠保真度（$F=0.817\,\pm\,0.002$）在没有时间后选择的情况下被进一步增强，允许在直圆基上以25个标准偏差违反Bell不等式。我们的研究结果对基于量子线的量子光源突出了其潜在的应用在安全数据通信利用测量设备无关的量子密钥分发和量子中继协议。
2017-05-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fully on-chip single-photon Hanbury-Brown and Twiss experiment on a monolithic semiconductor-superconductor platform
量子密码学、光子量子精密测量、光子量子模拟器和计算机等光子量子技术将在很大程度上受益于高度可扩展和占用空间小的量子光子电路。为了实现完全的片上量子光子操作，需要三个基本的构建模块：单光子源、光子电路和单光子探测器。硅和相关平台上的高度集成的量子光子芯片已经被证明只包含这些基本构建块中的一个或两个。所有三个组件的先前实现主要受到激光杂散光的限制，使得时间滤波成为必要或需要复杂的操作来将所有组件转移到一个芯片上。到目前为止，一个单一的，同时实施的所有元素演示单光子操作仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个完全集成的Hanbury-Brown和Twiss设置在微米尺寸的足迹，由GaAs波导嵌入量子点作为单光子源，波导分束器和两个超导纳米线单光子探测器。这使得在连续波和脉冲共振激发下的单光子水平的二阶相关测量。
2018-06-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Interfacing single photons and single quantum dots with photonic nanostructures
光子纳米结构提供了剪裁光与物质之间相互作用的手段，并且在过去的十年中见证了这一主题的巨大实验和理论进展。特别是，与半导体量子点的结合已被证明是成功的。本文综述了光子纳米结构中单量子点中激子的量子光学。在集成光子纳米结构中设计光-物质相互作用强度的能力使得能够进行一系列基本量子电动力学实验，例如，自发发射控制、修改的兰姆位移和增强的偶极-偶极相互作用。此外，高效的单光子源和巨光子非线性可以实现与光子量子信息处理的直接应用。综述总结了光子发射的一般理论框架，包括退相过程的作用，并将其应用到当前感兴趣的光子纳米结构，如光子晶体腔和波导，介电纳米线和等离子体波导。所介绍的概念通常适用于量子纳米光子学，并且在很大程度上也适用于其他量子发射体，例如分子、氮空位中心或原子。最后，讨论了量子信息处理的研究进展和应用前景。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
