تزویج نقطه کوانتومی و میکروکاواک بلور فوتونی

الکترودینامیک کوانتومی کاواک چارچوب مناسبی را برای درک اندرکنش نور-ماده در سطح کوانتومی فراهم می کند. در این میان، سیستم های نقطه کوانتومی-کاواک مهمترین دستاوردها را در تحقق آزمایش های الکترودینامیک کاواک مهیا کرده اند. ماهیت چنین سیستم های جفت شده در دو تزویج ضعیف و قوی بروز می کند که کاربردهای فراوانی در لیزرهای با آستانه نشر پایین، منابع تک فوتون و پردازش اطلاعات کوانتومی دارند. منابع نوری غیرکلاسیکی به دلیل نقش محوری خود در پردازش اطلاعات کوانتومی مورد توجه زیادی هستند. ترجیحاً، منابع نوری کوانتومی باید در هر پالس تک فوتون یا زوج درهم تنیده فوتونی گسیل کنند. یک منبع تک فوتون ایده آل در هر پالس فقط یک فوتون گسیل می کند. گسیل تک فوتون از منابعی چون نقاط کوانتومی، مراکز نقص در الماس، اتم های در تله افتاده در کاواک و مولکول های آلی امکان پذیر است. در این میان، نقاط کوانتومی به دلیل ترازهای انرژی گسسته که از اندرکنش محیط با حامل ها جلوگیری می کند حائز اهمیت است. نقاط کوانتومی دارای پایداری زیاد، قدرت نوسانگر بالا و پهنای خط طیفی باریک هستند. اشکال مهم این است که این سیستم ها بازده پایین داشته و نیز نرخ گسیل فوتون در آنها کم است. تمام این کمبودها با جاسازی نقطه کوانتومی در کاواک بهبود می یابد. برای این منظور، میکروکاواک های مختلفی پیشنهاد می شوند که از میان آنها میکروکاواک های بلور فوتونی به دلیل فاکتور کیفیت بالا و حجم مد بسیار پایین اهمیت فوق العاده ای دارند. مشخصه های مهم منبع تک فوتون بازده بالا و احتمال گسیل چندفوتونی پایین است که این احتمال با تابع همبستگی مرتبه دوم در زمان تأخیر صفر بیان می شود. در میان پارامترهای موثر مربوطه، بهینه سازی نرخ پمپاژ نقطه کوانتومی و کاواک و نیز نرخ واهلش کاواک برای بهبود عملکرد این سیستم ها مهم است. بنابراین، بررسی دقیق مشخصات کاواک و نقطه کوانتومی به منظور تجزیه و تحلیل خواص انتشار منابع تک فوتون ضروری است. در این رساله، سیستم میکروکاواک بلور فوتونی که در آن نقطه کوانتومی جاسازی شده است مورد بررسی قرار گرفته است. انرژی حالت پایه اکسیتون به روش وردشی و مد نقص میکروکاواک به روش بسط مد هدایت شده و توسط توسعه نرم افزار gme محاسبه می شوند. تأثیر مشخصات کاواک و نقطه کوانتومی در تزویج بطور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. در مدل خطی، که اکسیتون به عنوان بوزون در نظر گرفته می شود، دینامیک سیستم با استفاده از تابع همبستگی مرتبه اول و دوم مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که تابع همبستگی مرتبه اول در تزویج قوی و ضعیف رفتار متفاوتی دارد و نیز تحت پمپاژ پیوسته ناهمدوس، محاسبات مربوط به تابع همبستگی مرتبه دوم نشان می دهد که امکان گسیل تک فوتون درمدل خطی وجود ندارد. در مدل غیرخطی، که اکسیتون به عنوان فرمیون در نظر گرفته می شود، اثرات نرخ های پمپاژ و نرخ واهلش در تغییرات جمعیت ها و تابع همبستگی مرتبه دوم در زمان تأخیر صفر بطور جامع مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین نتایج ما نشاندهنده نقش اساسی اختلاف انرژی بین مد کاواک و اکسیتون در احتمال گسیل تک فوتون می باشد که در توافق معقولی با نتایج تجربی است.