中文摘要：

利用金属纳米结构表面等离子体调控光发射体系的量子态及其光发射特性是目前物理学研究的前沿和热点课题之一，而对于金属纳米结构中表面等离子体与半导体量子点为代表的量子光发射体的相互作用的研究具有极其重要的科学研究意义和实际应用价值。本申请课题主要从理论上研究金属表面等离子体腔对量子点等量子发射器的量子态和单光子、双光子过程、纠缠光子对过程的相干调控以及金属纳米结构-半导体量子点复合体系的非线性光学效应。对量子点体系我们将采用量子力学的处理方法，而对金属表面等离子体我们将采用经典场和量子化的相结合不同方法。通过合理的设计表面等离子体腔（利用FDTD方法），阐明表面等离子对量子点单光子、双光子过程、纠缠光子对发射过程的调控并给出它在量子计算和量子信息以及光开关等方面的应用。

结论摘要：

半导体量子点等量子发射器与金属表面等离激元的相互作用是国内外物理学研究的热点问题之一。在本项目的资助下，我们研究了金属表面等离子体腔对量子点等量子发射器的量子态相干调控以及金属纳米结构-半导体量子点复合体系的非线性光学效应。首先，我们探讨了金属纳米线腔辅助的量子点光子发射，在马尔科夫近似下计算了两个量子点之间的能量交换速率，展现了量子点超辐射态和亚辐射态的衰减行为。金属纳米天线辅助的纠缠光子对的产生也进行了探讨。接着研究了金属纳米环腔与量子点分子的相互作用。在量子化表面等离子体后，探讨了量子点分子纠缠以及量子态的转移。对传输表面等离激元与量子点的相互作用也进行了深入的理论研究，提出了基于经典光场控制的单个表面等离激元的开关。探讨了单个传输表面等离激元与一对量子点的相互作用，给出了其洛伦兹型、Fano型透射谱的物理机制，为其在生物传感器等方面的应用提供了一定的理论依据。我们还分析研究了量子点-金属纳米颗粒复合体系中光学三阶非线性，讨论了非线性吸收和非线性折射，发现其双稳区域可以通过金属纳米颗粒尺寸、金属纳米颗粒-量子点之间的距离和控制光场的强度进行调节。最后，我们还研究了一维谐振腔波导与量子点复合系统中单光子的传输特性，设计了单光子开关和分束器等。本项目的研究为设计基于金属表面等离激元-量子点的量子器件和量子计算提供了一定的理论依据。