專利名稱：使用量子點(diǎn)的偏振轉(zhuǎn)換方法和器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振轉(zhuǎn)換方法和器件。


發(fā)明內(nèi)容
一種尤其是從線偏振到圓偏振的和重要的是從圓偏振到線偏振的偏振轉(zhuǎn)換的新穎和高效的方法，該方法是使用形狀各向異性自組裝量子點(diǎn)來(lái)獲得的，所述形狀各向異性自組裝量子點(diǎn)具有尺寸極小(納米級(jí))的優(yōu)點(diǎn)，可被容易地合并到光子晶體和/或其它光學(xué)部件中。這些量子點(diǎn)、并因此合并了它們的部件也具有尺寸極小(數(shù)十納米級(jí))的優(yōu)點(diǎn)。這些部件可用作用于例如信息處理、量子計(jì)算、全息術(shù)和數(shù)據(jù)記錄的自旋電子學(xué)系統(tǒng)和/或超小型光計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的一部分。
這樣的器件還具有在不施加磁場(chǎng)的情況下工作的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)施加電壓偏置時(shí)，這樣的器件還可用來(lái)通過(guò)操縱光偏振來(lái)操縱同一回路中的電子自旋，和通過(guò)操縱電子自旋來(lái)操縱同一回路中的光偏振。這允許了對(duì)自旋電子裝置和/或光學(xué)裝置中的電子自旋和/或光偏振的高度控制，其中偏置量子點(diǎn)被用作納米級(jí)電光調(diào)制器。
該轉(zhuǎn)換起因于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的各向異性形狀所誘發(fā)的線和圓偏振光子態(tài)的量子拍，所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)被有意構(gòu)造有細(xì)長(zhǎng)形狀并因此被構(gòu)造有提供各向異性交換分裂的低對(duì)稱性。此各向異性交換分裂在非共振激發(fā)下表現(xiàn)為固有線偏振，而在準(zhǔn)共振激發(fā)下表現(xiàn)為圓-線偏振轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的一個(gè)重要特征是亦可在準(zhǔn)共振條件下實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)換(即線-圓偏振轉(zhuǎn)換)。本發(fā)明的另一重要特征是在不施加磁場(chǎng)的情況下發(fā)生偏振轉(zhuǎn)換效應(yīng)。
此外，各向異性交換分裂取決于可被控制的量子點(diǎn)中存在的電子數(shù)目(奇數(shù)或偶數(shù))。有可能通過(guò)操縱光偏振來(lái)操縱同一回路中的電子自旋，和通過(guò)操縱電子自旋來(lái)操縱同一回路中的光偏振。使用電壓偏置來(lái)控制和/或選擇光子的偏振態(tài)，并因此控制光子感生電子的自旋態(tài)可替選地，使用電壓偏置來(lái)控制電子的總自旋，并因此控制電子感生光子的偏振態(tài)。這允許了對(duì)自旋電子裝置和/或光學(xué)裝置中的電子自旋和/或光偏振的高度控制，其中偏置量子點(diǎn)用作納米級(jí)電光調(diào)制器，其能夠支持對(duì)光子偏振的相干操作，并因此用于例如信息處理。



圖1示出了CdSe/ZnSe量子點(diǎn)。(a)是CdSe/ZnSe量子點(diǎn)層的原子力顯微鏡圖像。量子點(diǎn)沿著[110]軸看是細(xì)長(zhǎng)的。(b)是非共振(虛曲線)和共振(實(shí)曲線)激發(fā)的光致發(fā)光光譜。聲子伴線(phonon replica)在光致發(fā)光光譜中可清晰分辨為與激光線隔開(kāi)LO聲子能(其就ZnSe而言等于32meV)的窄峰。
圖2示出了CdSe/ZnSe量子點(diǎn)偏振轉(zhuǎn)換。(a)是在非共振σ+(空心符號(hào))和σ-(實(shí)心符號(hào))圓偏振激發(fā)下的光致發(fā)光最大值處檢測(cè)到的線偏振的角度掃描。實(shí)曲線是呈現(xiàn)ρl，l′＝ρ0 cos(2α)的擬合線。嵌入圖以極坐標(biāo)示出了相同的數(shù)據(jù)(但被平移了常數(shù)ρ0，從而成為正值)。(b)是在σ+(空心符號(hào))和σ-(實(shí)心符號(hào))圓偏振共振激發(fā)下的聲子伴線處檢測(cè)到的線偏振的角度掃描。實(shí)曲線是呈現(xiàn)

的擬合線。嵌入圖以極坐標(biāo)示出了相同的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)還是被平移為正值，以作出極坐標(biāo)圖)。(c)是在線偏振共振激發(fā)下的聲子伴線處檢測(cè)到的圓偏振度的角度掃描。曲線還是擬合線，呈現(xiàn)ρc＝ρ0 sin(2α)。嵌入圖以極坐標(biāo)示出了相同數(shù)據(jù)的絕對(duì)值(|ρc|＝|ρ0 sin(2α)|)。所有圖中的零旋轉(zhuǎn)角意味著線性分析器(偏振器)的取向平行于[110]晶向。對(duì)于所有數(shù)據(jù)，磁場(chǎng)皆為零。
圖3示出了壓控量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換器的示意圖。具有相異符號(hào)各向異性交換分裂

的兩個(gè)量子點(diǎn)層構(gòu)成該器件的有效區(qū)域。電子由歐姆接觸提供。(a)在正偏置下，電子在左層中被收集，因此Ωl＝0，右量子點(diǎn)層(Ωr＞0)將
線偏振光轉(zhuǎn)換成σ+圓偏振光。(b)在負(fù)偏置下，該過(guò)程被反轉(zhuǎn)，即Ωr＝0且Ωl＜0，使得
線偏振光現(xiàn)在被轉(zhuǎn)換成σ-圓偏振光。在每個(gè)圖的下部，畫(huà)出了給定偏置方向的導(dǎo)帶(Ec)輪廓。

具體實(shí)施例方式 通過(guò)線和圓偏振光子的糾纏進(jìn)行的量子點(diǎn)偏振轉(zhuǎn)換 用于光偏振轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)器件是1/4波片，其中入射線偏振光在出口被變換成圓偏振光。各種各樣的這種和相似器件存在于任何光信息處理裝置中。對(duì)于量子計(jì)算、全息術(shù)和光記錄，偏振轉(zhuǎn)換器也是極其重要的。光電子電路小型化和高密度集成的大趨勢(shì)刺激了在此領(lǐng)域中進(jìn)行許多努力。已提出[2]并演示[3]了基于光子晶體[1]的全光納米結(jié)構(gòu)集成電路。這樣的小型化系統(tǒng)需要新穎的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)換器件，為了實(shí)現(xiàn)最佳集成，偏振轉(zhuǎn)換器件必須具有納米級(jí)尺寸并且容易內(nèi)置于光學(xué)系統(tǒng)中。這里，我們報(bào)告使用自組裝量子點(diǎn)的高效光偏振轉(zhuǎn)換，自組裝量子點(diǎn)的尺寸為幾十納米，可容易地集成在光子晶體中[4，5]。發(fā)生轉(zhuǎn)換的原因是半導(dǎo)體量子點(diǎn)的自然各向異性形狀所導(dǎo)致的線和圓偏振態(tài)的糾纏[6，7，8]。此外，各向異性交換分裂取決于量子點(diǎn)中電子的數(shù)目[9]，我們提出一個(gè)方案，其中偏置量子點(diǎn)充當(dāng)納米級(jí)電光調(diào)制器，從而允許對(duì)光子偏振進(jìn)行相干操作。
量子點(diǎn)是在光頻范圍內(nèi)產(chǎn)生線光譜的基本上是零維的半導(dǎo)體，因此稱為人造原子?？蓮脑恿︼@微鏡圖像(圖1a)中清楚看到，我們?cè)诒狙芯恐惺褂玫淖越M裝CdSe/ZnSe量子點(diǎn)(制造細(xì)節(jié)參見(jiàn)“方法”部分)沿著特定晶軸看趨向于細(xì)長(zhǎng)。與閃鋅礦體相晶格(bulk lattice)的全Td對(duì)稱性相比，點(diǎn)系綜的對(duì)稱性降低到C2v。這意味著這樣的點(diǎn)呈現(xiàn)出極度空間各向異性。
光與量子點(diǎn)之間的互作用導(dǎo)致激子的形成，其中光的偏振與激子的自旋態(tài)相聯(lián)系。激子自身包括受庫(kù)侖勢(shì)束縛的空穴和電子。將激子限制于量子點(diǎn)的小體積中導(dǎo)致電子-空穴交換互作用增強(qiáng)。由于我們的量子點(diǎn)的低對(duì)稱性，這導(dǎo)致各向異性交換分裂[10]

通常，對(duì)CdSe/ZnSe量子點(diǎn)而言，

通過(guò)形成線性偶極子在單個(gè)量子點(diǎn)的光致發(fā)光光譜中直接觀察到這種分裂[7，9]。當(dāng)探測(cè)量子點(diǎn)系綜時(shí)，交換分裂

被埋在大得多(～30meV)的非均勻展寬的光致發(fā)光帶(圖1b)中。然而，對(duì)非共振激發(fā)而言，在熱平衡下，各向異性交換分裂表現(xiàn)為固有線偏振。圖2a示出了當(dāng)樣品被旋轉(zhuǎn)了角度α?xí)r以固定坐標(biāo)基測(cè)得的線偏振度。該偏振按cos(2α)振蕩，正如對(duì)線偏振器而言會(huì)觀察到的那樣。可從嵌入圖2a的極坐標(biāo)圖中清楚看到，偏振軸與[110]晶向相聯(lián)系，并且它不依賴于出射光的偏振(的旋向性)。此特性正如根據(jù)圖1a中所見(jiàn)量子點(diǎn)形狀所直觀預(yù)期到的那樣。
在準(zhǔn)共振激發(fā)下獲得與直覺(jué)更加對(duì)立的結(jié)果?，F(xiàn)在，量子點(diǎn)的光致發(fā)光光譜中占據(jù)主導(dǎo)地位的是一窄峰，我們稱其為激光線的聲子伴線(圖1b)。其出現(xiàn)的原因是快速激子重組以及LO聲子發(fā)射。在這些條件下，偏振軸不再固定于[110]晶向。如圖2b所示，線偏振的角度依賴性現(xiàn)在表現(xiàn)為

其中正(負(fù))號(hào)取決于圓偏振激發(fā)光的旋向性?？蓮那度雸D2b的極坐標(biāo)圖中更加清楚地看出此特性。偏振軸遠(yuǎn)離[110]而旋轉(zhuǎn)一角度

(對(duì)σ+偏振入射光而言朝著[100]方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而對(duì)σ-偏振入射光而言朝著
方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))。這種特性實(shí)際上意味著圓-線偏振轉(zhuǎn)換。
為了估算σ±圓偏振激發(fā)(用Pc＝±1表示)下的轉(zhuǎn)換效率，我們用Poincaré球內(nèi)的矢量[ρl′，ρl，ρc]描述發(fā)射光的總偏振。這里，ρl′是沿著[110]的線偏振，ρl是沿著[100]的線偏振，ρc是圓偏振。這些Stokes坐標(biāo)滿足在高效轉(zhuǎn)換下，我們認(rèn)為有如下條件|ρl|＞|ρl′|和|ρl|＞|ρc|。根據(jù)圖2b，線偏振的最大幅度是ρ0＝2.7％，所以我們有(也參見(jiàn)“方法”部分)

和

我們還測(cè)量了光學(xué)取向[11](即圓偏振激發(fā)下的發(fā)射光的圓偏振度)，并得到ρc≈1％。對(duì)于實(shí)驗(yàn)值，上述條件顯然滿足。
我們應(yīng)注意，這里演示的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換器遠(yuǎn)不夠理想。對(duì)于高質(zhì)量1/4波片，通常有ρl＞99％。此缺陷通過(guò)量子點(diǎn)的小尺寸(僅幾十納米，即遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)(460nm))來(lái)彌補(bǔ)。此外，量子點(diǎn)可容易地集成在半導(dǎo)體電路中。量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是如下面所述那樣，可能通過(guò)施加電壓偏置來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。此外，理論上可以證明，對(duì)于最佳量子點(diǎn)尺寸，可以實(shí)現(xiàn)值ρl≈50％。
lvchenko等人已預(yù)言了小尺寸系統(tǒng)中的偏振轉(zhuǎn)換[12]。當(dāng)量子點(diǎn)中激子態(tài)存在優(yōu)先方向時(shí)，發(fā)射的圓和線偏振成份得以糾纏。顯然，外磁場(chǎng)可誘發(fā)此優(yōu)先方向。同時(shí)，已在超晶格中實(shí)驗(yàn)演示了磁場(chǎng)誘發(fā)偏振轉(zhuǎn)換[13]。然而，引入各向異性交換互作用以限定優(yōu)先方向甚至誘發(fā)零磁場(chǎng)中的圓和[100]線偏振的糾纏。Ivchenko等人的預(yù)言[12]在量子拍實(shí)驗(yàn)[14]中得到進(jìn)一步部分證實(shí)，在量子拍實(shí)驗(yàn)中，觀察到線偏振分量(用線偏振光激發(fā))以拉莫爾頻率Ω圍繞優(yōu)先方向的進(jìn)動(dòng)。在偽自旋形式[13]內(nèi)，t＝0時(shí)的圓偏振激發(fā)Pc之后的時(shí)間演化可表示為ρc(t)＝Pc cos(Ωt)exp(-t/τs)和ρl(t)＝Pc sin(Ωt)exp(-t/τs)。圓和線偏振因此反相振蕩，以偽自旋馳豫時(shí)間τs衰減至零。在量子點(diǎn)中，發(fā)現(xiàn)單個(gè)空穴的自旋弛豫時(shí)間約為10ns[15]，單個(gè)電子的自旋弛豫時(shí)間甚至更長(zhǎng)，在毫秒范圍內(nèi)[16]。因此，激子的τs是足夠長(zhǎng)的，足以使τs》tr，其中tr～100ps[17]是輻射重組時(shí)間。在穩(wěn)態(tài)下，即在連續(xù)波激發(fā)下，對(duì)發(fā)射幾率分布為

的偏振演化取平均之后得到偏振度[11]，得出 和 這里，且我們假設(shè)T/tr≈1(慢自旋弛豫)。我們注意到量子點(diǎn)系綜是非均勻的，即各向異性交換分裂從點(diǎn)到點(diǎn)地波動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)在等式(1)中使用平均值來(lái)考慮到這一點(diǎn)。
等式(1)是簡(jiǎn)單的但對(duì)于量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)制是根本的。等式(1)中的第二個(gè)恒等式與漢勒效應(yīng)(Hanle effect)非常相似，其中磁場(chǎng)誘發(fā)的塞曼分裂由零場(chǎng)各向異性交換分裂代替。量子點(diǎn)中的各向異性交換分裂

比超晶格中的各向異性交換分裂高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，連續(xù)波激發(fā)下的偏振轉(zhuǎn)換是顯著的。轉(zhuǎn)換因子是K＝ρl/ρc＝<Ω>T。量子點(diǎn)中的ΩT通常在ΩT～1-100范圍內(nèi)，這與目前實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)一致，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)K≈3。還根據(jù)等式(1)得到對(duì)于ΩT＝1，該偏振可實(shí)現(xiàn)ρl＝ρc＝50％。
最令人感興趣的效應(yīng)是反轉(zhuǎn)換，即從線偏振到圓偏振的轉(zhuǎn)換，其將由于時(shí)間反對(duì)稱性而發(fā)生。如圖2c所示，我們確實(shí)觀察到了此效應(yīng)。當(dāng)沿著
發(fā)生線偏振激發(fā)時(shí)，σ+偏振發(fā)射出現(xiàn)。當(dāng)沿著[100]發(fā)生激發(fā)時(shí)，該效應(yīng)的符號(hào)改變，成為σ-。當(dāng)激發(fā)處的線偏振器的取向沿著[110]或垂直方向時(shí)，未觀察到轉(zhuǎn)換。此特性與理論從定性方面看相當(dāng)一致，并服從與等式(1)相似的、作了指標(biāo)交換并對(duì)Ω的符號(hào)取反的等式。
在包含單個(gè)額外電子的帶負(fù)電量子點(diǎn)中，各向異性交換分裂被徹底地更改。對(duì)于光生電子，該額外電子形成總電子自旋為零的能量有利單重態(tài)。由于電子-空穴交換互作用與電子和空穴的自旋[10]成比例，所以帶電量子點(diǎn)中的各向異性交換分裂嚴(yán)格等于[9]零

通過(guò)施加電壓偏置，可將附加電子置于量子點(diǎn)中或從量子點(diǎn)中取出。這賦予量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換器額外的功能，并且可以為基于自旋的器件提供靈活的方法。由于光學(xué)選擇定則[11]，導(dǎo)帶中的光激發(fā)電子的自旋與光子的圓偏振成比例。因此，代替直接操縱電子自旋，可以可替選地控制同一回路內(nèi)的光偏振。
圖3展示了這種器件的可能布局?；静糠质蔷哂邢喈惙?hào)各向異性交換分裂的雙量子點(diǎn)層(實(shí)際制造這樣的結(jié)構(gòu)將顯然需要進(jìn)一步的技術(shù)努力)。物理上，這意味著右層中的量子點(diǎn)沿著[110]方向看是細(xì)長(zhǎng)的，從而導(dǎo)致Ωr＞0，而左層中的量子點(diǎn)在垂直方向上是細(xì)長(zhǎng)的，對(duì)應(yīng)于Ωl＜0。一般而言，還可從等式(1)中看出，該轉(zhuǎn)換取決于Ω的符號(hào)，對(duì)于Ω＝0，不發(fā)生轉(zhuǎn)換。
在正偏置下，通過(guò)歐姆接觸提供的電子大部分在左層中的量子點(diǎn)處被捕獲，從而導(dǎo)致零各向異性交換分裂Ωl＝0(參見(jiàn)圖3a)。Ωr＞0的右量子點(diǎn)層將沿著
的線偏振光(我們用Pl＝-1表示)轉(zhuǎn)換成σ+圓偏振光(ρc＞0)。當(dāng)施加負(fù)偏置時(shí)，電子被轉(zhuǎn)移到右量子點(diǎn)層中，在那里(Ωr＝0，參見(jiàn)圖3b)關(guān)斷轉(zhuǎn)換，僅左量子點(diǎn)層(目前Ωl＜0)是光學(xué)有效的。因此，轉(zhuǎn)換的符號(hào)改變。當(dāng)然，(在無(wú)任何磁場(chǎng)的情況下的)圓偏振的這種電控制作為電光調(diào)制器已經(jīng)為人所知。然而，這樣的器件中所使用的電光晶體是龐大的。量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換器是納米級(jí)器件，且它可在光計(jì)算中扮演與自旋電子學(xué)中的Datta-Das自旋晶體管[18]相似的角色。
總之，我們已通過(guò)量子點(diǎn)演示了高效的圓-線和線-圓光偏振轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換發(fā)生在零磁場(chǎng)中，并且由各向異性交換分裂誘發(fā)。這樣的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換器的偏置實(shí)施可產(chǎn)生納米級(jí)電光調(diào)制器。我們的發(fā)現(xiàn)在信息處理中可有明顯的實(shí)際應(yīng)用。
方法 我們的實(shí)驗(yàn)中所使用的CdSe/ZnSe量子點(diǎn)是通過(guò)傳統(tǒng)分子束外延來(lái)生長(zhǎng)的。一個(gè)CdSe單層(0.3nm)沉積[19]在50nm厚ZnSe緩沖層的頂上。中斷生長(zhǎng)10秒后，用25nm ZnSe覆蓋，從而通過(guò)自組裝形成CdSe量子點(diǎn)。通常，這些量子點(diǎn)高1nm，橫向尺寸小于10納米。為了使用原子力顯微鏡對(duì)量子點(diǎn)成像，還生長(zhǎng)了未被覆蓋的樣品。這種樣品的原子力顯微鏡圖像(如圖1a所示)示出了具有清晰可辨的形狀各向異性的不同島狀物。根據(jù)光學(xué)特性，這些量子點(diǎn)沿著[110]方向看趨向于細(xì)長(zhǎng)。
為了發(fā)生光激發(fā)，我們使用由氬離子激光器的紫外線泵浦的均二苯代乙烯-3(stilbene-3)染料激光器。在此裝置中，激發(fā)能可變化，且可將激發(fā)能仔細(xì)調(diào)諧至CdSe量子點(diǎn)共振條件。在把激發(fā)和發(fā)射在光譜上分開(kāi)的聲子伴線處檢測(cè)偏振。為了發(fā)生非共振激發(fā)，激光能量被調(diào)諧至2.83eV(超過(guò)ZnSe勢(shì)壘的帶隙)。該樣品被安置在旋轉(zhuǎn)保持器上。其取向使用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制，控制精度優(yōu)于1°。使用固定分析器(高質(zhì)量格蘭-湯普森棱鏡)進(jìn)行偏振的角度掃描。為了使偏振度的檢測(cè)精度達(dá)到±0.1％，我們使用包括在f＝50kHz頻率工作的光彈調(diào)制器和雙通道光子計(jì)數(shù)器的傳統(tǒng)光學(xué)裝置。在f檢測(cè)圓偏振ρc，在二倍頻率2f檢測(cè)線偏振ρl′、ρl。線偏振ρl′和ρl被分別定義為和ρl＝(I100-I010)/(I100+I010)。這里，Ixyz是沿著晶體的[xyz]軸偏振的光的強(qiáng)度。當(dāng)該樣品轉(zhuǎn)過(guò)角度α?xí)r，兩個(gè)分量按ρl′cos(2α)-ρl sin(2α)變換，幅度為為了降低噪聲，所有光學(xué)實(shí)驗(yàn)均在1.6K溫度下進(jìn)行。沒(méi)有施加磁場(chǎng)。
一些應(yīng)用例子 上述偏振轉(zhuǎn)換方法可以在許多種電子裝置中使用，這些電子裝置具有優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品的顯著優(yōu)點(diǎn)。取決于室溫工作的容易性和價(jià)格，這些應(yīng)用中的一些應(yīng)用很有可能能夠致力于實(shí)質(zhì)性的、大批量的應(yīng)用。諸類應(yīng)用的一些例子包括 -該技術(shù)可以以與液晶顯示器(LCD)完全相同的方式工作，且可以重復(fù)顯示器和其它光學(xué)元件如掃描器、快門(mén)、傳感器和開(kāi)關(guān)中的任何當(dāng)前應(yīng)用，但具有速度快得多的優(yōu)點(diǎn)-并因此還產(chǎn)生了新應(yīng)用。
-該技術(shù)可充當(dāng)在光通信網(wǎng)絡(luò)中使用的非常高速光開(kāi)關(guān)元件。其可在例如開(kāi)關(guān)、衰減器、隔離器和調(diào)制器中使用，這會(huì)大大提高現(xiàn)有的和新的光纖鏈路的容量和速度。
-該技術(shù)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)量子計(jì)算的超高速布爾邏輯，因?yàn)槿魏芜壿嫷仁蕉伎杀粚?shí)施。
-該技術(shù)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)和/或增強(qiáng)基于非散射光子的成像(特別是醫(yī)學(xué)成像)的能力。這是因?yàn)槲覀兛梢砸愿咚俣?高速率調(diào)制偏振，并因此產(chǎn)生光子的時(shí)序信息，這將實(shí)現(xiàn)平面成像-如磁共振成像(MRI)。在適當(dāng)設(shè)備如醫(yī)學(xué)掃描儀中實(shí)施的此應(yīng)用亦可使用低溫工作/材料以改善性能。
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權(quán)利要求
1.一種從線偏振到圓偏振的和從圓偏振到線偏振的偏振轉(zhuǎn)換的方法，基于低對(duì)稱性量子點(diǎn)的各向異性交換分裂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述量子點(diǎn)的所述低對(duì)稱性是使用所述量子點(diǎn)的形狀各向異性來(lái)實(shí)現(xiàn)和/或部分實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述量子點(diǎn)的所述低對(duì)稱性是使用不同于形狀各向異性的方法，諸如但不限于組成變化、晶體學(xué)各向異性和/或結(jié)構(gòu)變化，和/或通過(guò)使用外部施加的影響，諸如但不限于磁場(chǎng)和/或電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)和/或部分實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的一項(xiàng)的方法，包括零外加磁場(chǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)的方法，包括施加電壓偏置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)的方法，其中使用所述偏置和/或其它方式來(lái)控制和/或選擇光子的偏振態(tài)，并因此控制和/或選擇所述光子感生的電子的自旋態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)的方法，其中使用所述偏置和/或其它方式來(lái)控制和/或選擇電子的自旋態(tài)，并因此控制和/或選擇所述電子感生的光子的偏振態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)的方法，其中偏振調(diào)制是通過(guò)諸如但不限于重復(fù)地且以非常高速度和/或高速率進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項(xiàng)的方法，其中所述偏振調(diào)制以非常高速度和/或高速率進(jìn)行，且非散射光子的時(shí)序信息產(chǎn)生。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的一項(xiàng)的方法，其中所述偏振調(diào)制以非常高速度和/或高速率進(jìn)行，且非散射光子的時(shí)序信息產(chǎn)生，且此信息被用來(lái)實(shí)現(xiàn)平面成像。
11.包含根據(jù)權(quán)利要求1-10中的一項(xiàng)的量子點(diǎn)的諸如但不限于光子晶體、光學(xué)回路和自旋電子學(xué)元件的器件和/或部件，用于諸如但不限于光偏振轉(zhuǎn)換、光偏振選擇、電光調(diào)制、以及自旋電子學(xué)自旋選擇、自旋轉(zhuǎn)換和控制的應(yīng)用。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的器件和/或部件，用于諸如但不限于用于例如光信息處理、量子計(jì)算、全息術(shù)和光記錄的光計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、以及諸如但不限于用于例如信息存儲(chǔ)和信息處理的自旋電子學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用。
13.根據(jù)權(quán)利要求11-12中的一項(xiàng)的器件和/或部件，其中根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)的量子點(diǎn)是自組裝的，諸如但不限于CdSe/ZnSe系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中的一項(xiàng)的器件和/或部件，用于顯示器中的應(yīng)用，諸如但不限于其中該技術(shù)以與傳統(tǒng)液晶模塊相似的方式工作的應(yīng)用。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中的一項(xiàng)的器件和/或部件，用于光學(xué)元件中的應(yīng)用，諸如但不限于其中該技術(shù)以與傳統(tǒng)液晶模塊相似的方式工作的應(yīng)用，諸如但不限于掃描器元件、快門(mén)、傳感器和開(kāi)關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中的一項(xiàng)的器件和/或部件，用于光開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用，諸如但不限于開(kāi)關(guān)、衰減器、隔離器和調(diào)制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16中的一項(xiàng)的器件和/或部件，用于超高速布爾邏輯中的應(yīng)用。
18.根據(jù)權(quán)利要求11-17中的一項(xiàng)的器件和/或部件，用于諸如但不限于醫(yī)學(xué)成像的成像中的應(yīng)用和/或諸如但不限于掃描儀的儀器中的應(yīng)用。
19.根據(jù)權(quán)利要求11-18中的一項(xiàng)的器件和/或部件，基于以非常高速度和/或高速率進(jìn)行的偏振調(diào)制。
20.根據(jù)權(quán)利要求11-19中的一項(xiàng)的器件和/或部件，基于以非常高速度和/或高速率進(jìn)行的偏振調(diào)制，從而產(chǎn)生光子的時(shí)序信息，可用于諸如但不限于基于非散射光子的平面成像的應(yīng)用和/或諸如但不限于掃描儀的儀器中的應(yīng)用。
21.包含根據(jù)權(quán)利要求1-10中的一項(xiàng)的量子點(diǎn)的器件和/或部件，在外加電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)的作用下使透射光或電磁輻射在兩個(gè)偏振態(tài)之間切換。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的器件和/或部件，其中從線偏振到圓偏振的所述轉(zhuǎn)換可通過(guò)垂直于所述量子點(diǎn)的平面施加電場(chǎng)來(lái)控制。
23.根據(jù)權(quán)利要求21和/或22的器件和/或部件，其中所述出射的光的偏振的橢圓率的大小和/或符號(hào)可通過(guò)在所述量子點(diǎn)的平面上施加電場(chǎng)來(lái)控制。
24.根據(jù)權(quán)利要求21和/或22的器件和/或部件，其中所述出射的光的偏振的橢圓率的大小和/或符號(hào)可通過(guò)在所述量子點(diǎn)的平面上或垂直于所述量子點(diǎn)的平面施加磁場(chǎng)來(lái)控制。
25.根據(jù)權(quán)利要求21-24中的一項(xiàng)的器件和/或部件，其中所述出射偏振可通過(guò)施加振蕩(交流)電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)調(diào)制，或者可通過(guò)使所述量子點(diǎn)經(jīng)受電磁波來(lái)調(diào)制。
26.根據(jù)權(quán)利要求11-25中的一項(xiàng)的器件和/或部件，其中使用單個(gè)量子點(diǎn)，而不使用量子點(diǎn)系綜。
27.根據(jù)權(quán)利要求11-26中的一項(xiàng)的器件和/或部件，其中所述組裝是通過(guò)光刻工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
28.根據(jù)權(quán)利要求11-27中的一項(xiàng)的器件和/或部件，其中功能元件與輸入和/或輸出光纖耦合。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的器件和/或部件，其中與所述光纖的所述耦合通過(guò)波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的器件和/或部件，其中與所述光纖的所述耦合通過(guò)錐形光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種尤其是從線偏振到圓偏振的和重要的是從圓偏振到線偏振的偏振轉(zhuǎn)換的新穎和高效的方法，該方法是使用形狀各向異性自組裝量子點(diǎn)來(lái)獲得的，所述形狀各向異性自組裝量子點(diǎn)具有尺寸極小(納米級(jí))的優(yōu)點(diǎn)，可被容易地合并到光子晶體和/或其它光學(xué)部件中。這樣的器件還具有在不施加磁場(chǎng)的情況下工作的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)施加電壓偏置時(shí)，這樣的器件還可用來(lái)通過(guò)操縱光偏振來(lái)操縱同一回路中的電子自旋，和通過(guò)操縱電子自旋來(lái)操縱同一回路中的光偏振。這允許了對(duì)自旋電子裝置和/或光學(xué)裝置中的電子自旋和/或光偏振的高度控制，其中偏置量子點(diǎn)被用作納米級(jí)電光調(diào)制器。利用了該方法和/或器件的部件可用作用于例如信息處理、量子計(jì)算、全息術(shù)和數(shù)據(jù)記錄的自旋電子學(xué)系統(tǒng)和/或超小型光計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的一部分。
文檔編號(hào)G02F1/01GK101268410SQ200680032347
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者勞倫斯·W·莫倫坎普, 喬治·阿斯塔霍夫, 沃爾夫?qū)W索, 托比亞斯·克雷斯林, 阿列克謝·普拉托諾夫 申請(qǐng)人:易特斯股份公司