در این پایان نامه به مطالعه چشمه های تک- فوتونی پرداخته و انواع مختلف چشمه های تک- فوتونی همچون سیستم های برانگیخته، اتم ها، یون ها در فاز گاز، ملکول های آلی، مراکز رنگی، نانوبلور های نیمرسانا، نقاط کوانتومی خودآراء و ساختارهای نامتجانس را به صورت جداگانه و اجمالی مورد بررسی قرار می دهیم. نقاط کوانتومی خودآرا را در حالت کلی به عنوان چشمه تک- فوتونی در فصل اول مورد بحث قرار داده ایم. انواع مختلف نانوکاواک ها را معرفی نموده و معادلات حاکم و شرایط وقوع تشدید در آنها را در حالت کلی شرح می دهیم. نقطه کوانتومی منفرد inas/gaas را به صورت خاص به عنوان چشمه تک- فوتونی در نظر گرفته و فوتون های گسیل شده از آنها را از نظر آماری مورد توجه قرار می دهیم. ضمن معرفی تابع همبستگی مرتبه اول و دوم، شرایط گسیل تک- فوتون ها را مشخص می کنیم و طول موج تابشی نقطه کوانتومی منفرد inas/gaas که پارامتر مهمی در انتخاب ابعاد نانوکاواک برای ایجاد شرایط تشدید است را با استفاده از مدل نوسانگر هماهنگ دو بعدی محاسبه کرده و در نهایت با قرار دادن نقطه کوانتومی در یک نانوکاواک، آمار فوتون هایی را که از سیستم ساطع می شود، با ترسیم تابع همبستگی مرتبه دوم تحت برانگیختکی یک موج پیوسته و شرایط گسیل تک فوتون ها، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته شده است.

در این تحقیق برای بهبود کارائی یک آشکارساز نوری مادون قرمز چاه کوانتومی ایده‏ی‏ استفاده از تونل‏زنی تشدیدی بکار گرفته شده است. بدین منظور طرحی از یک آشکارساز نوری مادون قرمز چاه کوانتومی مورد بررسی قرار گرفته که در آن یک ساختار تونل‏زنی تشدیدی سد دوگانه به هر لایه‏ی چاه کوانتوم اتصال یافته است. ساختار تونل‏زنی تشدیدی سد دوگانه به عنوان یک فیلتر، جریان نوری را از جریان تاریک تفکیک می‏کند. چنین ساختاری را آشکارساز نوری مادون قرمز چاه کوانتومی تونل‏زنی تشدیدی گویند. در چنین آشکارسازی، زمانی یک جریان نوری تولید می شود که الکترونها گذاری از حالت پایه چاه به یک حالت برانگیخته که با حالت تشدیدی سیستم سد دوگانه جفت شده (سطح تراز انرژی یکسانی دارند) انجام دهند. در این وضعیت حاملهای برانگیخته به دیگر ترازها که در جریان تاریک سهیم هستند بوسیله همین سدها مسدود می‏شوند. آشکارساز مادون قرمز چاه کوانتومی تونل‏زن تشدیدی مورد بررسی در این تحقیق، در هر دوره شامل یک ساختار تونل‏زنی تشدیدی سد دوگانه‏ی alas/algaas/alas است که در مجاورتِ یک چاه کوانتوم منفرد با ساختار gaas/algaas قرار گرفته است. در این پایان نامه حالتهای الکترونی آشکارساز و همچنین فرآیند جذب پالس مادون قرمز بوسیله الکترونهای موجود در این حالتها، شبیه‏سازی شده است. به علاوه احتمال تونل‏زنی الکترونها از سیستم سد دوگانه را بوسیله شبیه‏سازی ساختار تونل‏زنی تشدیدی سد دوگانه محاسبه کرده‏ایم. در نهایت تاثیر پارامترهای ساختاری آشکارساز ذکر شده روی حالتهای الکترونی‏ و قدرت نوسانگر مربوط به گذار بین زیرنوارهای ساختار، بررسی شده است. آنگاه با استفاده از نتایج بدست آمده مناسب‏ترین ساختار برای این آشکارساز ارائه شده که در آن تراز انرژی مربوط به قله جذب با تراز انرژی تشدید سیستم سد دوگانه جفت شده است.