表面等離激元的量子干涉.pdf

1、隨著科技發(fā)展的日新月異，人們對(duì)信息處理的速度要求越來(lái)越高，而現(xiàn)今的傳統(tǒng)信息技術(shù)發(fā)展開(kāi)始遭遇瓶頸，量子信息技術(shù)開(kāi)始得到人們的關(guān)注和研究。為了能實(shí)際應(yīng)用上量子信息，集成化又成為了必然的一種趨勢(shì)。但是傳統(tǒng)光學(xué)器件都不能突破光學(xué)衍射極限，這限制了其在量子集成芯片中的應(yīng)用，于是表面等離激元，這種可以突破衍射極限并在亞波長(zhǎng)量級(jí)傳播的電子密度波，開(kāi)始被引入到量子集成回路的應(yīng)用中去。
　　表面等離激元波導(dǎo)因具有比傳統(tǒng)光波導(dǎo)更小的尺寸而適合做集成化

2、的工作，而吸引了越來(lái)越多的人對(duì)表面等離激元進(jìn)行研究，將表面等離激元帶入量子集成回路中作為信息傳輸?shù)囊环N方式成為了一個(gè)發(fā)展方向。同時(shí)，利用表面等離激元的性質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)量子集成回路中的功能器件也是一種十分有意義的研究方向。
　　本人在博士期間的研究課題主要是利用納米加工技術(shù)制作表面等離激元波導(dǎo)并研究其在量子信息中的應(yīng)用。本文將在以下幾個(gè)方面介紹在博士期間完成的幾個(gè)工作:
　　1.電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)的制備和基礎(chǔ)性研究
　

3、　電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)被認(rèn)為是幾種常用表面等離激元波導(dǎo)中表現(xiàn)最好的一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)在該類型波導(dǎo)可以在波導(dǎo)有效傳輸距離和波導(dǎo)內(nèi)模式限制兩者之間達(dá)到一個(gè)最佳的權(quán)衡。
　　電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)的常用結(jié)構(gòu)為在金膜上的PMMA(一種電子束光刻膠)介質(zhì)波導(dǎo)，因此可以通過(guò)電子束光刻技術(shù)來(lái)制備該波導(dǎo)。通過(guò)有效的模擬和設(shè)計(jì)波導(dǎo)尺寸以及對(duì)加工技術(shù)的探索和改進(jìn)，我們可以制備出相應(yīng)的符合我們要求的亞波長(zhǎng)尺寸的波導(dǎo)并以此展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。

4、　　利用光纖錐近場(chǎng)激發(fā)電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)在理論上被認(rèn)為是一種效率可以非常高的激發(fā)手段。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了用光纖錐近場(chǎng)激發(fā)表面等離激元波導(dǎo)內(nèi)的模式，并且觀察到了波導(dǎo)內(nèi)表面等離激元在波導(dǎo)另一端散射出光信號(hào)的現(xiàn)象。
　　2.單個(gè)表面等離激元間的量子干涉實(shí)驗(yàn)
　　量子干涉是量子信息中對(duì)光量子進(jìn)行操作的一種重要方式。將表面等離激元應(yīng)用到量子集成回路中作為信息載體，表面等離激元本身能否進(jìn)行量子干涉對(duì)其在量子信息中的應(yīng)用具有重要意

5、義。
　　我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀測(cè)到了非常高的干涉可見(jiàn)度的單個(gè)表面等離激元間的量子干涉現(xiàn)象。這證明了單個(gè)表面等離激元的玻色子特性，也表明用單個(gè)表面等離激元作為量子比特來(lái)進(jìn)行集成的量子計(jì)算操作和量子模擬也是一種可行性的方案。
　　表面等離激元的固有損耗對(duì)其量子干涉的影響也得到了討論，證明損耗確實(shí)可以影響二階關(guān)聯(lián)的量子干涉可見(jiàn)度，但是可以通過(guò)合適的選擇來(lái)降低這種由固有損耗帶來(lái)的影響。
　　3.利用多模電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)設(shè)計(jì)

6、集成的功能性器件
　　相比較傳統(tǒng)的集成波導(dǎo)都是單模波導(dǎo)，利用多模電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)可以設(shè)計(jì)出即適合集成化又能實(shí)現(xiàn)一些特殊功能的器件。
　　我們?cè)诶碚撋显O(shè)計(jì)出了利用多模的電介質(zhì)加載表面等離激元波導(dǎo)組成的定向耦合器結(jié)構(gòu)，可以在功能上實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)內(nèi)的不同模式的分離，以此種功能我們可以進(jìn)一步的利用多模波導(dǎo)內(nèi)的不同模式作為一種信息編碼方案。
　　同時(shí)這種波導(dǎo)構(gòu)成的定向耦合器可以實(shí)現(xiàn)在不改變自己尺寸的前提下調(diào)節(jié)整體分束比的功能