四、年度计划
年度 研究内容 预期目标 在理论上，初步建立量子点的辐射特性和微腔相互作用的位置依赖关系理论，并设计出具有高Q值的微腔，发展倍频-电光-参量下转换级联效应统一耦合波理论。 发展和建立与表面等离激元特性相关的量子模型；通过对核磁共振模拟，得到对于核自旋态调控的方法；揭示表面等离激元场增强特性诱导的非线性光学效应增强机理； 初步完成光场逆向合成理论并编计算软件，为下一步的实验工作提供理论指导。 实验上初步制备出微腔结构，同时建立微腔的测试系统以及低温微区测试系统。 对超短激光脉冲作用下的各种非线性光学效应形成初步的认识；实现温度3-300 K可调、磁场强度可调、激光偏振状态以及强度可调节的实验条件，获得量子点体系初步的Kerr或Faraday旋转信号。 揭示原子尺度水平上薄膜生长和原子团簇形成中的各种原子动力学过程及其内在微观机制，掌握控制单层量子点的尺寸、密度、形貌、应变的可控外延生长技术。 获得量子点层微纳结构材料的能带结构、光子振荡器的反射谱与极化激元模的衰减情况等; 建成超短脉冲激光测试系统，为研究半导体量子点等低维结构与超短脉冲激光作用提供实验条件。 研究微结构的色散关系和态密度对物质的自发辐射跃迁和受激辐射跃迁等影响，比如具有表面等离激元或强局域微腔等结构对物质的量子性能的影响。研究核自旋的量子态保持和传输。 利用TDFD设计高Q值的微腔，设计具有强三阶非线性效应的金属微纳结构复合体。设计在近红外区内任意特定中心波长透射谱增强的周期性微纳结构金属，获得的金属结构参数将指导实验，用于单光子探测。 利用逆向变换算法合成复杂二维和三维空间光学图案的理论，并开展基于数字电路控制的空间调制器和计算机反馈控制技术的自适应光第 场合成系统的研究。 发展倍频-电光-参量下转换级一 联效应统一耦合波理论。 研究多周期量子点层结构量子年 材料特征频率和量子材料的能带关系；研究多周期半导体量子点层结构的量子相干光学调控的微观机制。 优化制备工艺，制备出高Q值的微腔，探索量子点的精确定位方法。研究建立观察量子点和微腔相互作用的低温微区光学测试系统。 研究超短激光脉冲与不同介质的共振强相互作用。建立与改进飞秒激光超快探测及微制备相关的实验平台及测试手段。完善建立时间分辨Kerr或Faraday 旋转实验平台。 研究In(Ga)As/GaAs、In(Ga)As/InP和GaN/AlGaN等单层量子点结构的自组装生长工艺，确定系统的生长模式，控制量子点的尺寸和密度分布。
年度 研究内容 预期目标 理解和预测量子点和微腔的各种相互作用。设计出高效的产生纠缠光子对源的电光晶体结构。探索基于表面等离激元效应实现光子与量子电子系统相互作用的新原理和新方法；获得利用非线性效应实现对信号光调控的方法和手段；得到超短激光脉冲与介质相互作用的理论模型； 优化光子晶体微腔的制备工艺，使量子点能够在微腔中精确定位。并测量量子点的荧光寿命。 发展制备亚波长尺度金属表面微纳结构，以及介质-金属复合微纳结构的方法、工艺和技术；初步完成单光子探测的关键器件-周期性微纳结构的设计与制作； 建立超高时间分辨和超高灵敏的新型探测技术，研究飞秒激光激发新型纳米材料和纳米结构的光电特性，如吸收光谱、光致发光特性、纳米颗粒的表面拉曼增强效应。 获知ZnO等量子点的退相干时间，以及受外部环境如温度、磁场、激光场偏振状态以及强度等的依赖关系，阐明所涉及的物理机制。 利用MOCVD等外延技术生长InGaAs/GaAs、InGaAs/InP、等单层量子点结构，掌握尺寸分布均匀、密度合适、空间有序性好和发光性能好的量子点二维阵列的生长技术。 揭示非共振激发下多周期量子点层微纳结构的光学斯塔克效应及其对光学特性的影响；获得半导体量子点微纳结构在超短脉冲激光激发下量子光学效应的实验数据。 完成自适应控制程序的编写和实验系统的搭建，合成出各种有应用价值的光场分布。 通过全量子化或半量子化过程，研究量子点在奇异的空间色散关系中的辐射特性。研究与表面等离激元特性相关的量子理论。探索能实现高效电光-倍频-参量下转换级联效应的最佳光学超晶格微结构和它的实验制备条件。逐步建立和发展超短激光脉冲与介质相互作用理论模型。 用FDTD法计算基于表面等离激元特性的非线性效应对信号光的影响，获得有效调控信号光的方法和手段；设计出将微腔和量子点结合的光子晶体结构。 研究精确调制微腔特性的方法。探索精确制备亚波长尺度微纳结构的新工艺和技术。用离子束曝光、化学腐蚀、催化剂生长、自组装等方法，第 精确地控制和构造金属薄膜表面上 的纳微结构。以单光子探测器的芯片二 为基底，利用微纳米加工技术制作具 有周期性微纳结构的金属薄膜。 年 研究半导体微纳结构中载流子的激发、弛豫及超快激光操控过程。研究电子自旋的退相干动力学，测量其退相干时间及其影响因素。 研究量子点表面成核的可控生长技术，结合图形化衬底和自组装技术，制备分布均匀，密度合适，有序性和发光性能好的量子点二维阵列。 研究多周期量子点层中的激子受微纳结构调制所导致的超辐射效应及其对材料能带结构的影响；研究超短脉冲激光下InGaAs/GaAs等量子点层微纳结构的发光及吸收特性。 编写自适应控制程序，搭建可根据光场分布目标函数自动产生目标光场的自适实验系统，合成尺度在亚微米的平面和立体光场分布图案。
年度 研究内容 预期目标 初步编写出研究微结构中量子点和空间态密度相互作用的软件，使其具有分析微腔和量子点相互作用的功能。建立基于多周期量子点层微纳结构材料量子调控器件的瞬态光学理论基础；建立量子调控器件的动态理论模型；获得量子点微纳结构系统中光子缓存的实验证明及不同激光参数下的影响，揭示对量子态操控的方法和手段。 得到能够用于研究周期量级超短脉冲激光与各种具体介质相互作用的严格数值程序。 实验观察到量子点在微腔不同部位的荧光寿命的变化，研究在微腔中的量子点的单光子发光特性。在一个芯片上制备出多个具有单一量子点的微腔。观察到量子点在强局域表面光子态下的发光行为。 优化和完善光学超晶格微结构，实现高效纠缠光子对的输出。 获得控制电路、温控、真空模块的原理图；发现与表面等离激元特性相关的非线性效应潜在的应用；建立与信号光调控相关的实验系统，并开展实验研究。 揭示飞秒激光激发下新型纳米材料和纳米结构光电性能的关键影响因素和物理机制。在操控微纳结构中大分子体系超快瞬态相干效应等交叉学科领域取得若干进展。 观测到交流stark效应，获知其与激光偏振状态、波长以及光场强度等的依赖关系。 实现平面和垂直方向上均匀有序的多周期量子点层结构的生长，获得周期性均匀的多周期量子点层微纳结构材料和器件。 探索在FDTD模拟的框架下，结合物质的辐射跃迁特性，设计相关的软件。研究与表面等离激元特性相关的非线性效应在全光网络上的应用。建立和发展周期量级超短激光脉冲与各种特殊介质如：半导体量子阱等材料相互作用的严格数值程序。 实验研究量子点和微腔的相互作用，研究量子点在微腔中的荧光寿命变化；探索量子点和强局域表面光子态的相互作用。优化光子晶体微腔的制备工艺，制备多个微腔和波导的系统，制备具有表面强局域光子态的纳微结构。在光敏介质中记录光强分布，制备有应用价值的功能性光量子调控器件，研究其光学特性和应用。 优化和完善光学超晶格微结构，第 实现高效纠缠光子对的输出。 利用金属纳米结构来传输和控三 制量子信号，实现对量子态存储和操 控。完成用于单光子探测器的金属微年 纳结构的各种性能参数测量，并着手控制电路、温控、真空的原理设计；制备出满足需求的非线性材料，进行与信号光调控相关的各种实验研究。 研究在飞秒激光作用下各种纳米材料和纳米结构的吸收光谱、光致发光特性、纳米颗粒的表面拉曼增强等效应。探索在微纳结构中大分子在超快激光作用下电子态重组等的动力学过程和规律。研究飞秒整形脉冲与量子点强耦合相互作用所产生的交流stark效应。 研究利用量子点垂直耦合等技术，应用多层垂直耦合的应变自组装等效应，外延生长空间有序性良好的多周期量子点层微纳结构。 研究多周期量子点层微纳结构
年度 研究内容 中光场与共振激发介质的相干耦合、层间激子的光学耦合及相干性、激子退相干弛豫、共振非线性光学效应等；研究固态超快量子光学效应对光量子减速、存储及受控释放等过程作用的微观机制。 预期目标 第 四 年 对腔量子电动力学实验数据进行分析，发现新现象和新规律，验证理论预测。深入研究和发展亚波长金属光学器件处理量子信息的新方案。 探索高Q微腔和量子点系统的强相互作用效应，比如单量子点单光子辐射等。研究两个具有量子点的高Q值微腔之间的量子相互作用，探索其在量子纠缠等方面的应用。研究局域表面光子态和量子点的相互作用，探索在发光材料和器件上的应用。 研究实现多自由度纠缠光子对的输出及原型器件的工艺。 完成单光子探测器的后脉冲抑制电路、雪崩信号提取电路的原理设计，控制电路、温控、真空模块的元器件购买、焊接、调试。利用非线性的效应实现对信号光调控的实验研究，并且开展与非线性相关的多种实验研究，发现新现象新规律。 编写出研究微结构中量子点和空间态密度相互作用的软件，分析微腔和量子点相互作用，通过实验验证，优化程序，扩展程序的应用范围，使之能应用于设计基于微腔和量子点的腔量子电动力学器件的结构。 实验观察到量子点在微腔不同部位的Rabi劈裂的变化。实验上观察到两个具有单一量子点的微腔之间的相互作用。 优化量子点在强局域表面光子态中的发光行为，提高发光效率。 制备出光学超晶格微结构，实现高效纠缠光子对的输出。 揭示基于表面等离激元特性的量子理论在量子信息领域的应用； 获得后脉冲抑制电路、雪崩信号提取电路、控制电路、温控、真空模块，发现与非线性特性相关的多种实验现象。
年度 研究内容 预期目标 获得飞秒激光加工微光学、微电学、微流体等功能元器件关键制备技术。在操控半导体微纳结构中载流子超快动力学行为、超快瞬态相干效应等交叉学科领域取得若干重要成果。利用交流stark效应实现电子自旋的超快相干旋转控制。获得超短激光脉冲与各种介质相互作用导致的干涉现象的物理本质。 制备出结构参数符合光量子调控器件理论设计的多周期量子点层微纳结构材料。 制备和演示工作在近红外波段，光子缓存调控时间ps～μs 量级的光量子调控物理原型器件。 在光学晶体或活性介质中实现对光场优化调控。 优化和扩展程序的应用范围，使之能应用于设计基于微腔和量子点的腔量子电动力学器件的结构。 探测到多个具有单一量子点的微腔之间的相互作用，尤其是多个微腔间的量子点的通讯情况，演示作为光子纠缠态量子信息处理的可能性。 实现高效纠缠光子对的输出，并造出原型器件。 演示快速、高效的单光子探测器；演示基于表面等离激元特性，实现对信号光的有效调控；提出量子相干控制超快非线性效应的新方案。 在飞秒激光技术制备功能微器件方面取得显著进展，制备相关的功能演示器件。 利用飞秒整形脉冲，实现频域、相位、强度及偏振等多参数相干控制量子点自旋态，实现皮秒以下量级的电子自旋超快相干旋转控制，并弄清分析各种周期量级超短激光脉冲与各种介质相互作用导致的干涉现象；开展飞秒激光微加工技术制备微光学、微电学、微流体等多功能集成器件的研究。研究半导体微纳结构中载流子的激发、弛豫及超快激光操控过程；选择合适的样品、温度、磁场强度以及激光参数进行超快调控方面的实验。 研究精确满足光量子调控器件设计要求的多周期量子点层结构材料的生长制备工艺，优化图形衬底设计、生长温度、Ⅴ/Ⅲ流量比、生长停顿、生长速率等生长工艺条件。 利用自适应控制系统产生复杂光学图案，作用于液晶，光折变晶体及激光增益介质产生相应的信号输出，自动优化微纳结构的输出函数。 在量子点和微腔系统的强相互量子电动力学相互作用的研究基础上，研究两个和多个具有单一量子点的微腔系统中的相互作用，探索这种相互作用在多光子纠缠和量子通讯上的应用原理。探索表面局域光子态效应对量子点的辐射特性的影响。 实验上，探索高Q值微腔和量子第 点系统的强相互作用下的其他效应。 研究多个具有量子点的高Q值微腔五 之间的相互作用，研究这种量子效应 在光开关中的可能应用。 年 研究强局域表面光子态和量子点的相互作用，研究如何利用这种特性提高发光器件的内外量子效率。 继续开展飞秒激光微加工技术制备微光学、微电学、微流体等多功能集成器件的实验研究，并探索在纳米分散体系中制备新型微纳功能器件。 研制出多自由度纠缠光子对的
年度 研究内容 输出及原型器件。 组装单光子探测器，演示高速、高效的单光子探测的原理性器件。完成利用表面等离激元特性的非线性效应实现对信号光的有效调控实验，如光开关、强度、偏振方向等。 研究利用周期量级超短激光脉冲量子相干控制超快电子动力学过程；进一步开拓研究飞秒整形脉冲的频域、相位、强度及偏振等多参数的自旋相干调控。 研究影响其多周期量子点层结构材料的外延生长的动力学过程的核心要素和基本原理。 探索提高固态系统中量子相干调控工作温度到室温的改进方案。 完善光场的自适应合成以及光与物质相互作用的自适应调控系统。 预期目标 相关的物理机制。 发展多周期In（Ga）As/GaAs、In(Ga)As/InP、GaN/AlGaN等半导体多周期量子点层微纳结构的MOCVD精确生长技术及相关理论。 利用多周期排列的量子点层共振介质中的量子光学效应获得光子缓存的新原理和新技术；提供光量子调控器件工作在室温下的的改进方案；总结强耦合系统中量子调控的研究结果，为功能性光量子调控器件提供理论与实验基础。 提供通用设计计算软件，建立能自动优化功能性微纳光电子器件设计与制作的工程实验装置。 完成各个子课题验收，完成项目验收。