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激子极化激元光子学研究进展

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研究光与物质相互作用是腔量子电动力学的一个重要方向。早在20世纪50年代，黄昆先生就提出了固体环境中的光子与晶格连续作用的时间演化图像，并指出光子-声子时间上连续不断的相互转化会在物质中形成声子极化激元波，从理论上计算了声子极化激元波的色散关系。Hopfield把这种图像推广到半导体环境中的光子-激子作用上。随后人们在微腔中实现了单原子、单量子点激子的真空拉比振荡。随着半导体微腔生长和微纳加工工艺的提高，激子极化激元的凝聚、超流、涡旋等宏观量子态被实验证明。通过控制微腔结构和光场调控的手段，人们进一步实现了对宏观量子态的相干调控。有机半导体、钙钛矿、二维半导体等新材料体系展现了极大的激子束缚能，有望实现室温量子器件的制备。微腔激子极化激元的研究进入了黄金时代。本文首先从激子极化激元的基本图像入手，详细介绍激子极化激元的概念、色散关系以及常见的激子极化激元体系。其次，总结了研究微腔激子极化激元的材料体系和实验方法，详细介绍了平板微腔和微纳材料自构型微腔的工作原理和具体实例，以及共焦显微荧光光谱和角分辨荧光光谱。第三，对激子极化激元的量子调控进行了总结。详细介绍了激子极化激元的重要宏观量子态以及通过微纳加工和光场调控的方式对宏观量子态的操控。具体分析了两个量子态操控的实例，包括氧化锌超晶格中多重量子态的制备以及凝聚体的参量散射过程。第四，对新型材料中激子极化激元的研究进行了总结，包括二维半导体、有机半导体和钙钛矿。最后，对本文进行总结，并且从理论、实验的角度分别预测了该领域的发展趋势。
Progress on exciton polariton photonics

张龙、陈张海

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厦门大学物理科学与技术学院物理学系,厦门361005

激子极化激元 光学微腔 玻色-爱因斯坦凝聚

国家自然科学基金国家自然科学基金国家重点研发计划

91950201116740692018YFA0306300

2021

10.1360/SSPMA-2020-0465

中国科学(物理学 力学 天文学)
中国科学院

中国科学(物理学 力学 天文学)

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.644
ISSN：1674-7275
年,卷(期)：2021.51(3)
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