我国量子点单光子发射器件研究获得重要突破

中科院半导体所超晶格国家重点实验室成功实现了量子点的单光子发射：8K温度下脉冲激光激发InAs单量子点，采用HBT（Hanbury Brown—Twiss）延时复合计数光谱测试系统观察到波长950nm的单光子发射．发射速率大于10kHz。这是国内半导体量子点单光子发射器件研究的重要进展。     

InAs量子点低温盖层对其发光特性的影响

采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术生长了InAs量子点及不同组分和厚度的量子点低温盖层,采用光致荧光光谱(PL)和时间分辨荧光发射谱(TRPL)研究了量子点在不同低温盖层下的荧光发光性质。对比了常规方法和速率调制外延(FME)法生长GaAs低温盖层的量子点质量,结果表明,FME法生长低温盖层的量子点荧光发射谱光强更强且发光寿命达到0.6ns,明显优于普通方法生长低温盖层的量子点发光寿命。     

定位生长量子点的金字塔形衬底的制备

在理想情况下,单光子是由量子点单光子源发光产生的。量子点单光子发射器件的制作主要利用自组织生长方法在图形衬底上结合光学微腔结构实现。采用金字塔形衬底制备量子点可实现量子点的高定位生长,该方法易于制备和隔离单光子源量子点。利用金字塔形衬底不但可以解决多个量子点占据同一个位置的问题,而且在金字塔形衬底上制备的量子点有利于光子的发射和收集。     

量子保密通信的单光子源

光通信中采用量子保密技术,由单光子源发射光量子,加密系统进行光量子编码,单模光纤进行量子 码传输和保偏,实现了信息流的物理加密.单光子源可用双异质结LED或量子阱、量子点激光器经过强衰减得到.     

量子保密通信的单光子源

光通信中采用量子保密技术，由单光子源发射光量子，加密系统进行光量子编码，单模光纤进行量子码传输和保偏，实现了信息流的物理加密．单光子源可用双异质结LED或量子阱、量子点激光器经过强衰减得到．     

聚合物膜中CdS超微粒的制备及光物理性质研究

本文采用化学合成法在全氟羧酸阳离子交换膜中制备出了性能稳定，具有晶体结构的纳米尺寸的半导体ＣｄＳ超微粒．分析结果表明制得的ＣｄＳ超微粒在吸收和荧光光谱中均显示出显著的量子尺寸效应．随制备条件的不同，其吸收起始波长可从近５００ｎｍ蓝移至４００ｎｍ左右，荧光最大发射峰位也蓝移了１００ｎｍ（７００→６００ｎｍ）．单光子计数测得在膜中ＣｄＳ超微粒子的荧光寿命（约１μｓ）明显长于胶体溶液中的ＣｄＳ超微粒子寿命．     

CdSe量子点的制备与荧光特性研究

主要讨论了CdSe量子点的制备及荧光特性。CdSe量子点由化学方法制备，通过选择不同的反应时间得到不同尺度的量子点样品。用荧光方法研究了量子点样品在石英衬底和有机溶剂中的荧光特性。实验表明，这些量子点都有良好的荧光特性。还用无限深球方势阱模型分析了量子点样品的电子态，并根据荧光参数估算了量子点的尺度．各样品荧光峰具有一致的半峰宽，表明CdSe量子点的成核过程在反应开始时同时完成。     

Bi3+, Eu 3+, Tb3+ 掺杂Lu3TaO7的发光性能研究

采用固相反应法制备了Bi ³⁺ 、Eu³⁺ 、Tb³⁺ 掺杂的Lu₃TaO₇。测量了样品的X射线衍射谱、激发和发射光谱及荧光衰减曲线。三种离子掺杂的Lu₃TaO₇均呈现出强的荧光发射,其中Bi³⁺具有峰位在431 nm处的一强发射宽带,衰减寿命为16.8 μs,Eu ³⁺ 、Tb ³⁺ 则表现出稀土离子的特征锐发射峰,衰减寿命分别为1.26 ms和1.20 ms。因此,它们均是具有潜在应用前景的重闪烁体材料。     

单光子探测器及量子密钥分配

量子密钥分配中的一项炎键技术就是在其通信窗口实现单光子探测.单光子探测器的性能决定着量子密钥分配系统的性能.综述了单光子探测器的研究进展,讨论了量子密钥生成速率的安全判据及特点,分析了量子密钥分配的主要实验进展.高性能的单光子探测器的研制,以及量子密钥分配方案的改进,极大地提高了量子密钥分配的速率和距离.     

非相干变频转换实现室温下红外单光子源

纳米金刚石中的NV-center(Nitrogen-Vacancy center)是目前室温下具有高发射率和稳定性的可见光波段单光子源,而如何实现及优化红外单光子源则是未来实现量子信息和量子通信应用的一大挑战.介绍了一种近期提出的实现红外单光子源的新型机制.该方法以金刚石中的NV-center作为可见光波段的单光子源,利用非相干变频转换实现室温下近红外波段稳定、无闪烁的单光子源.具体的实施方案为在中空芯光子晶体光纤中选择性地填充含有量子点的溶液,以可见光波段的单光子源作为激励源,选择合适的量子点即可得到红外波段的单光子源.中空芯光子晶体光纤保证了较高的单光子吸收效率以及荧光收集效率.该方案的实施在理论上可以达到26%的转换效率,而初步的实验得到了0.1%的转换效率.进一步分析了一些影响转换效率的因素,并提出了一些解决方案.     

基于单光子技术的闪烁体衰减时间常数测量

采用单光子技术中的延迟符合法原理，搭建了一套闪烁体衰减时间常数测量系统。选取国产的Ce∶LYSO和Ce∶LuAG两种闪烁体各3条进行衰减时间测量，将测试得到的衰减时间常数曲线进行单指数拟合，计算可得,Ce∶LYSO和Ce∶LuAG发光衰减时间常数平均值分别为43.85 ns及56.02 ns。结果表明，该套装置的测试结果与国内外同行其他测量方法得到的结果基本一致     

量子点单光子探测器的研究进展

量子点单光子探测器具有可保持测试信号完整性、理论量子效率高、工作电压低等优点,同时具有室温单光子探测的潜力,最近得到了广泛的研究。文章介绍了基于三种不同形式量子点的单光子探测器,讨论了它们的工作原理,对比了各自的性能和参数,总结了各种器件的特点,说明了自组织量子点单光子探测的优越性能。     

量子点场效应晶体管单光子探测器的设计与特性分析

量子信息技术的发展对单光子探测器提出了更高的性能要求,新型的量子点单光子探测器具有很好的性能和发展潜力。研究了一种基于量子点场效应晶体管(QDFET)的单光子探测器,介绍了QDFET的光电导增益原理,对QDFET进行了材料选择和结构设计,并重点对QDFET的量子化光电导和增益的噪声平衡进行了实验分析,结果表明QDFET单光子探测在灵敏度、光子响应、光子分辨等方面具备很好的特性。     

LB技术制备金纳米粒子单层膜

利用LB技术在Si(100)基片上制作了金纳米粒子单层膜,采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对单层膜的表面形貌进行表征。实验结果表明,将表面压控制在22mN/m～26mN/m进行拉膜,可以得到大面积金纳米粒子的均匀致密单层膜。研究结果对于采用金纳米粒子单层膜构建DNA传感器和单电子器件方面具有重要的应用价值。     

光谱学装置在单个芯片上“安家”

利用集成光学技术的原子光谱学装置小型化后可安装在单硅片上。研究小组希望它的紧凑和便携能在稳频、单光子非线性光学和量子信息处理方面获得应用。     

单分子的双光子激发光漂白速率

研究了多种条件下的光漂白几率与激发光强度间的定量依赖关系。利用MRC1024多光子激发显微系统和单光子计数技术,测量了单个若丹明B（RhB）分子在不同强度光激发时的双光子激发（TPE）和光漂白寿命。实验结果表明：单个RhB分子和TPE光漂白寿命与激发光强度倒数的平方成正比,亦即光漂白速率与荧光基团分子处于激发态的几率成线性依赖关系,该结果与单光子激发（1PE）时的光漂白结果相同,但是却不同于多分子TPE光漂白的实验结果。     

量子链和量子点光学特性的比较研究

比较研究了InGaAs/GaAs量子链和量子点的稳态和瞬态光学特性.实验发现,量子链的荧光寿命有很强的探测能量依赖关系,而量子点的荧光寿命随能量变化较小;量子链的荧光寿命随着激发功率迅速增加,高功率时趋于饱和,而量子点的荧光寿命随激发功率变化缓慢;此外,量子链样品的荧光上升时间也比量子点的小得多.这些结果清楚表明,在量子链结构中,参与发光的载流子之间存在很强的耦合和输运.进一步分析表明,这种耦合作用主要发生在量子链方向.荧光的偏振特性进一步证实了这一点.     

微通道板防离子反馈膜性能的研究

介绍了微通道板（ＭＣＰ）防离子反馈膜在三代微光象增强器中的作用，测量了防离子反馈膜的电子透过特性和离子透过特性，比较了用带膜ＭＣＰ做成的二代薄片管和不带膜的ＭＣＰ做成的二代薄片管的脉冲幅度分布、寿命和阴极灵敏度衰减。实验发现，非晶态Ａｌ２Ｏ３防离子反馈膜能有效地透过电子，阻止反馈离子，降低闪烁噪声，延缓阴极灵敏度衰减，延长象管工作寿命。     

在室温下产生单光子

根据需要产生单个光子是量子光学的一项重要而困难的任务。这样的光子源可用于量子密码术，此时每个信息位均以单光子编码，还可用于制作量子逻辑门。最近，德国和法国的两个研究组指出人造金刚石中的某些缺陷可以在室温下发射单光子。此外，这种固体器件具有很高的量子效率，并有可能微型化，因而是能实际应用的单光子源的理想候选者。 为在实验上产生单光子，过去曾利用单个囚禁的原子或采用在固体光发射器件中控制电子与空穴再复合的方法。但这些方法在技术上相当困难，且需低于1 K的低温。虽然能在室温下令荧光染料分子产生单光子，但在发射约109个光子后染料分子便急剧变坏。 慕尼黑的Ludwigs-Maximilans大学与加欣的马普量子光学研究所组成的研究组和法国奥赛光学研究所小组在最近的实验中用金刚石中的所谓色心作为单光子发射器。色心这种杂质是在氮原子代替碳原子时天然形成的。由于这些氮原子紧密地束缚于晶体中，色心十分稳定。 两个研究组均采用将激光束在金刚石内聚焦成极小点的方法来激发个别色心，使其发射波长范围为640～750 nm的光。发出的荧光经滤波后再经分束片分束进行分析。用两个光二极管分别检测分束器的反射光和透射光，从而测量两路信号之间作为时间函数的相关性。来自两个检测器的信号之间不存在相关性表明只产生单个光子。 德国小组发现在发射了约1013个光子后光的特性仍保持不变，因而声称这种固体器件的超级稳定性使其作为实用单光子源的前景“极为诱人”。 (蔡惟泉)     

基于超短脉冲激光光谱技术诊断癌症的研究

目的:研究用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(HPD)的超快光动力学过程;方法:采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的荧光光谱、荧光寿命特性及荧光峰值强度随时间变化曲线,并测量单一细胞内部不同位置的荧光寿命特性;结果:癌细胞样品在645nm处具有特有的光谱谱峰;癌细胞样品荧光寿命的快成分约150ps慢成分约1200ps,而正常细胞样品快成分约300ps慢成分约2500ps;癌细胞样品的荧光峰值强度经12小时衰减约10%,而正常细胞样品衰减约55%;在细胞内部荧光寿命300ps的快成分十分显著,且中心部位血卟啉浓度最高;结论:癌细胞与正常细胞的荧光光谱、荧光寿命特性及荧光峰值强度随时间变化曲线相差十分明显,反映了癌细胞与正常细胞对血卟啉亲和性有显著的差异;测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对发展超短脉冲激光光谱技术早期诊断与治疗癌症具有重要的指导意义和临床应用价值。