[发明专利]双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源

权利要求书

1.双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：包括衬底（1）、在衬底（1）上的双曲超材料、量子点（4），所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构，或者所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和类金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构；

在多层的双曲超材料上以周期250 nm刻蚀形成同心环光栅；所述量子点（4）置于双曲超材料的同心环光栅的表面圆心处，量子点（4）的发光波长500 nm；或者在多层的双曲超材料上以周期775 nm刻蚀形成同心环光栅；所述量子点（4）置于双曲超材料的同心环光栅的表面圆心处。

2.双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：包括衬底（1）、在衬底（1）上的双曲超材料、量子点（4），所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构，或者所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和类金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构；

所述衬底（1）上具有pin结构薄膜，在pin结构薄膜上刻蚀形成周期450 nm的环形光栅；所述量子点（4）用于电泵浦时，量子点（4）嵌埋在pin结构薄膜中，利用双曲超材料中最靠近量子点（4）的那层金属薄膜或类金属薄膜（22）作为电极的欧姆接触层。

3.双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：包括衬底（1）、在衬底（1）上的双曲超材料、量子点（4），所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构，或者所述双曲超材料是由介质薄膜（21）和类金属薄膜交替形成的多层的一维周期性结构；

所述衬底（1）上具有pin结构纳米线，在多层的双曲超材料上以周期225 nm刻蚀形成环形光栅；所述量子点（4）用于电泵浦时，量子点（4）嵌埋于pin纳米线中，直接在pin纳米线的两端制备电极实现电注入；

或者，所述衬底（1）上具有pin结构纳米线，在多层的双曲超材料的介质薄膜（21）上以周期137.5 nm 刻蚀形成环形光栅；所述量子点（4）用于电泵浦时，量子点（4）嵌埋于pin纳米线中，利用双曲超材料中最靠近量子点（4）的那层金属薄膜或类金属薄膜（22）作为电极的欧姆接触层。

4.根据权利要求1或2或3所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述衬底（1）材质为绝缘体、或半导体、或金属；对于从衬底（1）上表面向上出光的单光子源，所述衬底（1）采用对发射光高反射率的金属或半导体材质，或在衬底（1）上镀高反射膜；对于穿过衬底（1）向下出光的单光子源，所述衬底（1）采用对发射光透明的绝缘材质，并在衬底（1）的下表面镀减反膜。

5.根据权利要求1或2或3所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述介质薄膜（21）采用对发射波段透明的材料，复介电常数实部为正值，其厚度小于或等于量子点（4）的发光波长的十分之一；所述金属薄膜或类金属薄膜（22）的复介电常数实部在发射波段为负值，其厚度小于或等于量子点（4）的发光波长的十分之一。

6.根据权利要求5所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：对于紫外-可见波段，所述金属薄膜或类金属薄膜（22）采用Al、或Au、或Ag、或ZrN、或HfN材料；对于近红外波段，所述金属薄膜或类金属薄膜（21）采用ITO，或采用掺Al或掺Ga的ZnO，或TiN材料；对于红外波段，所述金属薄膜或类金属薄膜（21）采用石墨烯、或AlInAs、或InGaAs、或SiC材料。

7.根据权利要求1或2或3所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述量子点（4）与所述金属薄膜或类金属薄膜（22）的间距为1～100 nm，所述间距通过所述介质薄膜（21）的厚度来调节。

8.根据权利要求1或2或3所述的双曲超材料复合光栅增强的高频量子点单光子源，其特征在于：所述量子点（4）是胶体量子点、或自组装量子点、或嵌埋于纳米线的量子点。