بررسي نوري كوانتومي فاكتور كيفيت و شكافتگي ترازها براي يك نقطۀ كوانتومي درون كاواك نوري

Quantum optical study of quality factor and energy level splitting for a quantum dot within optical cavity

نانوسيستم شامل نقطۀ كوانتومي درون كاواك نوري بستري براي مطالعۀ پديده هاي مهم كوانتومي نظير جمع نشدگي فوتون، درهم تنيدگي، توليد تك فوتون و اطلاعات كوانتومي است. استفاده از چنين سيستمي در اين فناوري ­ها منوط به دستيابي به حالت تزويج قوي بين نقطۀ كوانتومي و كاواك نوري است. در اين پژوهش با استفاده از رويكرد نوري كوانتومي، ويژه مقادير انرژي مربوط به سيستمي شامل يك نقطۀ كوانتومي درون يك كاواك نوري محاسبه شد. سپس، به ازاي نقاط كوانتومي و كاواك هاي نوري متفاوت، شرايط آستانه براي دستيابي به حالت تزويج قوي مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با افزايش ثابت جفت شدگي، شكافتگي ترازها بيشتر شده و آستانه براي دستيابي به حالت تزويج قوي مهياتر مي ­شود. آستانه شكافتگي ترازها براي نقطۀ كوانتومي با سرعت واهلش 2 ميكروالكترون ولت درون كاواك هاي نوري با سرعت­ هاي واهلش 45 تا 205 ميكرو الكترون ولت در ثوابت تزويج 10/75 تا 50/75 ميكروالكترون ولت رخ داد. در واقع مشاهده شد به منظور دستيابي به حالت تزويج قوي در چنين سيستمهايي، بايد به سراغ مهندسي كاواك هايي با سرعت واهلش كمتر رفت زيرا تغيير در نقاط كوانتومي تاثير چشمگيري در رسيدن به اين هدف ندارد. همچنين، در سيستمي با چنين نقطۀ كوانتومي كه با ثابت تزويج 35 ميكروالكترون ولت در تزويج با كاواك نوري با انرژي هاي 20 تا 140 ميكروالكترون ولت است، فاكتور كيفيت در بازۀ 4930 تا 5060 است.

A nanosystem containing a quantum dot within an optical cavity is a platform for the study of important quantum phenomena such as photon antibunching, entanglement, single photon generation, and quantum information. The use of such a system in these technologies depends on achieving a strong coupling mode between the quantum dot and the optical cavity. In this study, using a quantum optical approach, the energy Eigen values of a system including a quantum dot within an optical cavity were calculated. Then, for different quantum dots and optical cavities, the threshold conditions were studied to achieve strong coupling mode. The results showed that with increasing the coupling constant, the energy levels splitting increases and the threshold conditions are more favorable for achieving strong coupling mode. The energy level splitting threshold for the quantum dot with a decay rate of 2 μeV within optical cavities with a decay rate of 45 to 205 μeV occurred at a coupling constant of 10.75 to 50.75 μeV. In fact, it was observed that in order to achieve a strong coupling mode in such systems, it is necessary to go to the engineering of cavities with lower decay rates because the change in quantum dots does not have a significant effect on achieving this goal. Also, in a system with such a quantum dot, which has a coupling constant of 35 μeV within an optical cavity with energies of 20 to 140 μeV, the quality factor is in the range of 4930 to 5060.