一种基于量子点的单光子源

摘要

本发明实施例提供了一种基于量子点的单光子源，包括：衬底(1)、量子点(2)、金属微纳结构(3)和增益介质层(4)；所述量子点(2)、所述金属微纳结构(3)分别设置于所述衬底(1)之上；所述金属微纳结构(3)包括：两个沿长轴对半剖开的相同的半椭球，所述半椭球面的平面贴合于所述衬底(1)，所述量子点(2)位于两个所述半椭球之间，并且分别与两个所述半椭球之间具有间隔；所述增益介质层(4)覆盖于所述衬底(2)之上，包裹所述量子点(2)和所述金属微纳结构(3)。本发明实施例，通过增加增益介质层，以减少金属微纳结构的损耗，解决不易获得单光子的问题。

权利要求

1.一种基于量子点的单光子源，其特征在于，包括：衬底(1)、量子点(2)、金属微纳结构(3)和增益介质层(4)；

所述量子点(2)、所述金属微纳结构(3)分别设置于所述衬底(1)之上；

所述金属微纳结构(3)包括：两个沿长轴对半剖开的相同的半椭球，所述半椭球面的平面贴合于所述衬底(1)，所述量子点(2)位于两个所述半椭球之间，并且分别与两个所述半椭球之间具有间隔；

所述增益介质层(4)覆盖于所述衬底(2)之上，包裹所述量子点(2)和所述金属微纳结构(3)；

所述增益介质层是由二氧化硅SiO2中掺杂稀土元素离子制成的。

2.一种增益介质层的增益系数确定方法，其特征在于，用于权利要求1所述的单光子源中的增益介质层，包括：确定待计算的结构对象，所述待计算的结构对象包括：目标结构对象；

在预设范围内按照预设的规则对增益系数进行取值，依次选取不同取值的增益系数，作为候选增益系数；

在所述候选增益系数下，确定所述候选增益系数对应的所述目标结构对象的基本参数；

基于所述基本参数确定目标结构对象模型，并计算所述目标结构对象模型的相干函数；

若所选取的所有取值的候选增益系数对应的目标结构对象模型的相干函数都计算得到，则将满足预设判断条件的相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；在所述候选增益系数下，确定所述候选增益系数对应的所述目标结构对象的基本参数的步骤，包括：使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型，计算候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第一吸收截面；

基于腔量子电动力学CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的稳态模型，计算稳态情况候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第二吸收截面；

拟合计算得到的各所述第一吸收截面与第二吸收截面，并确定所述候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；所述使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型，计算候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第一吸收截面的步骤，包括：使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型；

采用平面光波(5)对所述各待计算结构对象进行激励；

使用第一吸收截面的计算公式，计算候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第一吸收截面；

其中，所述第一吸收截面的计算公式为：

σabs1(ω)＝Qrh(ω)/S0

其中，σabs1(ω)为所述平面光波(5)的入射频率为ω时的第一吸收截面，Qrh(ω)为所述平面光波(5)的入射频率为ω时对应的热损，S0为所述平面光波(5)的能量密度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；所述基于腔量子电动力学CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的稳态模型，计算稳态情况候选增益系数下，所述各待计算的结构对象的第二吸收截面的步骤，包括：基于CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的JC模型、哈密顿量和量子主方程；

采用平面光波(5)对所述各待计算结构对象进行激励；

使用第二吸收截面的计算公式，计算稳态情况候选增益系数下，所述各待计算的结构对象的第二吸收截面；

其中，所述第二吸收截面的计算公式为：

σabs2(ω)＝(ω/2)Im[μωE0*]/S0

μω＝<μ|ρ>

其中，σabs2(ω)为所述平面光波(5)的入射频率为ω时的第二吸收截面，ω为所述平面光波(5)的入射频率，μω为所述平面光波(5)的入射频率为ω时的偶极矩，表示μ在ρ中求得的期望值，μ为总的偶极算符，ρ为所述平面光波(5)的入射频率对应的密度矩阵，E0*为所述平面光波(5)激励强度E0的共轭。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；所述拟合计算得到的各所述第一吸收截面与第二吸收截面，并确定所述候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数的步骤，包括：拟合第一结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线；

拟合第二结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线；

拟合目标结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线；

基于所有第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线的拟合，确定所述候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标结构对象的基本参数包括：表面等离子体场本征频率、腔模耗散速率、量子点的本征频率、纯消相、量子点偶极矩、表面等离子体偶极矩、点-腔耦合强度和量子点自发辐射率。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述基本参数确定目标结构对象模型，并计算所述目标结构对象模型的相干函数的步骤，包括：将所述基本参数，应用到目标结构对象的哈密顿量和量子主方程中，确定所述目标结构对象模型；

使用相干函数的计算公式，计算所述目标结构对象模型的相干函数；

其中，所述相干函数的计算公式为：

其中，g2(0)为所述目标结构对象的相干函数， 为表面等离子体场的光子产生/湮灭算符。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将满足预设判断条件的相干函数所对应的增益系数，确定为目标增益系数的步骤，包括：获取每一所述相干函数的最小值，作为所述相干函数极小值；

判断所述每一相干函数极小值是否满足预设判断条件，将满足预设判断条件的相干函数，确定为候选相干函数；

比较所有候选相干函数极小值，将候选相干函数极小值中最小值对应的候选相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。

说明书

一种基于量子点的单光子源

技术领域

[0001] 本发明涉及单光子源技术领域，特别是涉及一种基于量子点的单光子源。

背景技术

[0002] 量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通信的三项核心技术之一为单光子源技术。单光子源，即每次仅产生一个光子的光源。

[0003] 现有的单光子源，可以通过能量激发量子点，每次仅产生一个光子。该光子称为单光子，该能量可以包括电能量或光能量，其中，光能量，比如可以是平面光波(以下简称平面光)。

[0004] 由于平面光与量子点之间存在较大的尺寸不匹配问题，导致平面光与量子点之间相互作用比较弱。金属纳米颗粒附近的局部表面等离激元(Localized surface plasmons，LSPs)可以实现远比衍射极限小的模式体积，可以将平面光的光场束缚在量子点附近并使得此处光强增大，因此，它可以作为增强光与量子点间相互作用的有效媒介。故，可以将金属微纳结构作为平面光与量子点之间相互作用的过渡媒介。其中，表面等离激元为：光波入射到金属纳米颗粒时，金属纳米颗粒表面的自由电子发生集体振荡，光波与金属纳米颗粒表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场光波，当电子的振荡频率与入射光波的频率一致时就会产生共振，在共振状态下光波的能量被有效地转变为金属纳米颗粒表面自由电子的集体振动能，这时形成一种特殊的模式：光场被局限在金属纳米颗粒表面很小的范围内并发生增强，这种现象即为表面等离激元现象。

[0005] 即，现有单光子源产生单光子的过程可以为：通过平面光激发金属微纳结构，该金属微纳结构接收能量并发热，使得金属微纳结构的电子变成金属微纳结构的热电子，且该金属微纳结构的热电子没有达到电子逸出功，而是在该金属微纳结构的金属纳米颗粒附近产生LSPs。当LSPs与量子点的本振频率发生共振时，LSPs传递能量给量子点，以产生单光子。

[0006] 然而，在单光子源实际制备时，基于量子点-金属微纳结构的耦合体系中，因该金属微纳结构的LSPs会与外界环境间发生能量交换，从而导致能量损耗较大，即衰减率高。对于量子点-金属微纳结构来说，损耗越大，越不容易获得单光子。

发明内容

[0007] 本发明实施例的目的在于提供一种基于量子点的单光子源，通过增加增益介质层，以解决现有技术中量子点-金属微纳结构损耗大，不容易获得单光子的问题。具体技术方案如下：

[0008] 第一方面，本发明实施例提供了一种基于量子点的单光子源，所述单光子源包括：衬底1、量子点2、金属微纳结构3和增益介质层4；

[0009] 所述量子点2、所述金属微纳结构3分别设置于所述衬底1之上；

[0010] 所述金属微纳结构3包括：两个沿长轴对半剖开的相同的半椭球，所述半椭球面的平面贴合于所述衬底1，所述量子点2位于两个所述半椭球之间，并且分别与两个所述半椭球之间具有间隔；

[0011] 所述增益介质层4覆盖于所述衬底2之上，包裹所述量子点2和所述金属微纳结构3。

[0012] 可选的，所述增益介质层是由二氧化硅SiO2中掺杂稀土元素离子制成的。

[0013] 第二方面，本发明实施例提供了一种增益介质层的增益系数确定方法，用于上述第一方面所述的单光子源中的增益介质层，所述方法包括：

[0014] 确定待计算的结构对象，所述待计算的结构对象包括：目标结构对象；

[0015] 在预设范围内按照预设的规则对增益系数进行取值，依次选取不同取值的增益系数，作为候选增益系数；

[0016] 在所述候选增益系数下，确定所述候选增益系数对应的所述目标结构对象的基本参数；

[0017] 基于所述基本参数确定目标结构对象模型，并计算所述目标结构对象模型的相干函数；

[0018] 若所选取的所有取值的候选增益系数对应的目标结构对象模型的相干函数都计算得到，则将满足预设判断条件的相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。

[0019] 可选的，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；在所述候选增益系数下，确定所述候选增益系数对应的所述目标结构对象的基本参数的步骤，包括：

[0020] 使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型，计算候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第一吸收截面；

[0021] 基于腔量子电动力学CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的稳态模型，计算稳态情况候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第二吸收截面；

[0022] 拟合计算得到的各所述第一吸收截面与第二吸收截面，并确定所述候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

[0023] 可选的，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；所述使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型，计算候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第一吸收截面的步骤，包括：

[0024] 使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型；

[0025] 采用平面光波5对所述各待计算结构对象进行激励；

[0026] 使用第一吸收截面的计算公式，计算候选增益系数下，所述各待计算结构对象的第一吸收截面；

[0027] 其中，所述第一吸收截面的计算公式为：

[0028] σabs1(ω)＝Qrh(ω)/S0

[0029] 其中，σabs1(ω)为所述平面光波5的入射频率为ω时的第一吸收截面，Qrh(ω)为所述平面光波5的入射频率为ω时对应的热损，S0为所述平面光波5的能量密度。

[0030] 可选的，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；所述基于腔量子电动力学CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的稳态模型，计算稳态情况候选增益系数下，所述各待计算的结构对象的第二吸收截面的步骤，包括：

[0031] 基于CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的JC模型、哈密顿量和量子主方程；

[0032] 采用平面光波5对所述各待计算结构对象进行激励；

[0033] 使用第二吸收截面的计算公式，计算稳态情况候选增益系数下，所述各待计算的结构对象的第二吸收截面；

[0034] 其中，所述第二吸收截面的计算公式为：

[0035] σabs2(ω)＝(ω/2)Im[μωE0*]/S0

[0036] μω＝<μ|ρ>

[0037] 其中，σabs2(ω)为所述平面光波5的入射频率为ω时的第二吸收截面，ω为所述平面光波5的入射频率，μω为所述平面光波5的入射频率为ω时的偶极矩，表示μ在ρ中求得的期望值，μ为总的偶极算符，ρ为所述平面光波5的入射频率对应的密度矩阵，E0*为所述平面光波5激励强度E0的共轭。

[0038] 可选的，所述待计算的结构对象还包括：第一结构对象和第二结构对象；所述拟合计算得到的各所述第一吸收截面与第二吸收截面，并确定所述候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数的步骤，包括：

[0039] 拟合第一结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线；

[0040] 拟合第二结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线；

[0041] 拟合目标结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线；

[0042] 基于所有第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线的拟合，确定所述候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

[0043] 可选的，所述目标结构对象的基本参数包括：

[0044] 表面等离子体场本征频率、腔模耗散速率、量子点的本征频率、纯消相、量子点偶极矩、表面等离子体偶极矩、点-腔耦合强度和量子点自发辐射率。

[0045] 可选的，所述基于所述基本参数确定目标结构对象模型，并计算所述目标结构对象模型的相干函数的步骤，包括：

[0046] 将所述基本参数，应用到目标结构对象的哈密顿量和量子主方程中，确定所述目标结构对象模型；

[0047] 使用相干函数的计算公式，计算所述目标结构对象模型的相干函数；

[0048] 其中，所述相干函数的计算公式为：

[0049]

[0050] 其中，g2(0)为所述目标结构对象的相干函数， 为表面等离子体场的光子产生/湮灭算符。

[0051] 可选的，所述将满足预设判断条件的相干函数所对应的增益系数，确定为目标增益系数的步骤，包括：

[0052] 获取每一所述相干函数的最小值，作为所述相干函数极小值；

[0053] 判断所述每一相干函数极小值是否满足预设判断条件，将满足预设判断条件的相干函数，确定为候选相干函数；

[0054] 比较所有候选相干函数极小值，将候选相干函数极小值中最小值对应的候选相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。

[0055] 本发明实施例提供的一种基于量子点的单光子源，包括：衬底1、量子点2、金属微纳结构3和增益介质层4；所述量子点2、所述金属微纳结构3分别设置于所述衬底1之上；所述金属微纳结构3包括：两个沿长轴对半剖开的相同的半椭球，所述半椭球面的平面贴合于所述衬底1，所述量子点2位于两个所述半椭球之间，并且分别与两个所述半椭球之间具有间隔；所述增益介质层4覆盖于所述衬底2之上，包裹所述量子点2和所述金属微纳结构3。

[0056] 本发明实施例，在衬底上覆盖增益介质层，并将量子点和金属微纳结构包裹在增益介质层中，该金属微纳结构可以将平面光波的入射光场限制在量子点附近，以增强光与物质的相互作用，该增益介质层将量子点和金属微纳结构包裹其中，可以限制金属微纳结构附近LSPs的衰减，可以更好的获得单光子，以解决现有技术中量子点-金属微纳结构损耗大，不容易获得单光子的问题。

[0057] 当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

[0058] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0059] 图1为本发明实施例提供的一种基于量子点的单光子源结构示意图；

[0060] 图2为本发明实施例提供的一种增益介质层的增益系数确定方法的流程示意图；

[0061] 图3为图2所示实施例中确定目标结构对象基本参数的一种实施方式流程图；

[0062] 图4为图3所示实施例中步骤S303的一种实施方式流程图；

[0063] 图5a为本发明实施例中一种拟合第一结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；

[0064] 图5b为本发明实施例中另一种拟合第一结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；

[0065] 图6a为本发明实施例中一种拟合第二结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；

[0066] 图6b为本发明实施例中另一种拟合第二结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；

[0067] 图7a为本发明实施例中一种拟合目标结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；

[0068] 图7b为本发明实施例中另一种拟合目标结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；

[0069] 图8为图2所示实施例中确定相干函数的一种实施方式流程图；

[0070] 图9为图2所示实施例中确定目标增益系数的一种实施方式流程图；

[0071] 图10a为本发明实施例中一种目标结构对象模型的相干函数曲线示意图；

[0072] 图10b为本发明实施例中另一种目标结构对象模型的相干函数曲线示意图。

具体实施方式

[0073] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0074] 针对现有的基于量子点-金属微纳结构的耦合体系中，金属微纳结构损耗较大，基于量子点-金属微纳结构的耦合体系不容易获得单光子的问题，本发明实施例提供了一种基于量子点的单光子源，以解决现有技术中存在的问题。

[0075] 为解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种基于量子点的单光子源，该单光子源包括：衬底1、量子点2、金属微纳结构3和增益介质层4；

[0076] 量子点2和金属微纳结构3分别设置于衬底1之上；金属微纳结构3包括：两个沿长轴对半剖开的相同的半椭球，半椭球面的平面贴合于衬底1，量子点2位于两个半椭球之间，并且分别与两个半椭球之间具有间隔；增益介质层4覆盖于衬底2之上，包裹量子点2和金属微纳结构3。

[0077] 本发明实施例中，在衬底上覆盖增益介质层，并将量子点和金属微纳结构包裹在增益介质层中，该金属微纳结构可以将平面光波的入射光场限制在量子点附近，以增强光与物质的相互作用，该增益介质层将量子点和金属微纳结构包裹其中，可以限制金属微纳结构附近LSPs的衰减，可以更好的获得单光子，以解决现有技术中量子点-金属微纳结构损耗大，不容易获得单光子的问题。

[0078] 下面首先对本发明实施例所提供的一种基于量子点的单光子源进行介绍。

[0079] 如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种基于量子点的单光子源，该单光子源包括：衬底1、量子点2、金属微纳结构3和增益介质层4；

[0080] 如图1所示，量子点2、金属微纳结构3分别设置于衬底1之上；

[0081] 金属微纳结构3包括：两个沿长轴对半剖开的相同的半椭球，半椭球面的平面贴合于衬底1，量子点2位于两个半椭球之间，并且分别与两个半椭球之间具有间隔；

[0082] 增益介质层4覆盖于衬底2之上，包裹量子点2和金属微纳结构3。

[0083] 在该单光子源中，衬底的材料可以为二氧化硅SiO2，也可以为硅Si等，本发明实施例在此不作限制。实际应用中，量子点的能级是分裂的，本发明实施例中的量子点以二能级量子点为例进行说明，二能级量子点，即只有两个能级的量子点。

[0084] 本发明实施例中一种可选的实现方式为：该单光子源中，衬底材料可以设置为SiO2，该衬底的长、宽和高都设置为500nm，介电常数为εs＝2.25。将二能级量子点设置于衬底之上，并且将其设置于衬底平面的中心位置，该二能级量子点的半径为1.7nm，介电常数为εd，表达式取Lorentz形式εd(ω)＝∈∞- 其中，∈∞＝4.84为二能级量子点在高频时的介电常数，f＝0.1为转化振子强度，ωd是二能级量子点中心频率，γd＝2meV是线宽，ω为平面光波的入射频率。将由两个沿长轴对半剖开的相同的半椭球所构成的金属微纳结构设置于衬底之上，其中，两个半椭球的长轴与短轴大小分别为
50nm和10nm，半椭球面的平面贴合于衬底之上，且在水平方向上两个半椭球的中心分别位于量子点中心左右间隔52nm的位置，该两个半椭球的材料为金，其介电常数为εm，表达式取Drude形式 其中，∈∞＝9.5为金在高频时的介电常数，
ωp＝8.56eV是等离子体频率，i为虚数单位，Γ＝69meV是衰减常数。将增益介质层覆盖于衬底之上，将量子点和金属微纳结构包裹在其中，该增益介质层的介电常数表达式为(n-ik)2，其中，n＝1.5为折射率，k为增益系数，该增益介质层的高度设置为20nm，长和宽设置为500nm。最后，采用平面光波5对该单光子源的量子点-增益辅助金属微纳结构进行激励，该单光子源进行工作，产生单光子。

[0085] 针对增益介质层，本发明实施例一种可选的实现方式为，该增益介质层是由二氧化硅SiO2中掺杂稀土元素离子制成的。

[0086] 具体的，该增益介质层可以为：在SiO2中掺入稀土元素离子作为增益介质，该稀土元素离子可以为铒、铥或镱等，实际应用中，可以在SiO2中掺入一种或多种稀土元素离子作为增益介质。

[0087] 其中，将增益介质层覆盖于衬底之上的方式，可以为将该增益介质层以沉积的方式覆盖于衬底之上。也可以为：将在SiO2中掺入了一种稀土元素离子的增益介质，一层一层的覆盖于衬底、二能级量子点以及金属微纳结构之上。本发明实施例中，对于增益介质层覆盖于衬底之上的具体实现方式不作限制。

[0088] 本发明实施例中，在衬底上覆盖增益介质层，并将量子点和金属微纳结构包裹在增益介质层中，该金属微纳结构可以将平面光波的入射光场限制在量子点附近，以增强光与物质的相互作用，该增益介质层将量子点和金属微纳结构包裹其中，可以限制金属微纳结构附近LSPs的衰减，可以更好的获得单光子，以解决现有技术中量子点-金属微纳结构损耗大，不容易获得单光子的问题。

[0089] 针对本发明实施例提供的一种基于量子点的单光子源，该单光子源的增益介质层由SiO2中掺杂稀土元素离子制成。本发明实施例还提供了一种增益介质层的增益系数确定方法。

[0090] 如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种增益介质层的增益系数确定方法，该方法可以包括：

[0091] S201，确定待计算的结构对象，待计算的结构对象包括：目标结构对象。

[0092] 本发明实施例中，确定的待计算的结构对象可以包括：目标结构对象。该确定的待计算的结构对象还可以包括：第一结构对象和第二结构对象，其中，第一结构对象为：盖有增益介质层的金属纳米颗粒结构，或称增益辅助金属微纳结构；第二结构对象为：二能级量子点；目标结构对象为：量子点-增益辅助金属微纳结构。

[0093] 在本发明实施例中，金属微纳结构附近的LSPs，可以将平面光波的入射光场限制在二能级量子点附近，即将金属微纳结构附近自由电子的电场局域在一个较小的尺寸内，在金属微纳结构附近形成表面等离子体场，同时LSPs与二能级量子点发生共振，因为当表面等离子体场与二能级量子点的本征频率相同时，可以极大的增强光场与二能级量子点之间的相互作用，以利于单光子的产生。

[0094] S202，在预设范围内按照预设的规则对增益系数进行取值，依次选取不同取值的增益系数，作为候选增益系数。

[0095] 在实际应用中，可以预先设置该增益介质层的增益系数。本发明实施例中，在预设范围内按照预设的规则对增益系数进行取值的方式，可以是：在预先设置的增益系数参数范围内，以预先设定的一定的间隔进行取值，得到不同取值的一系列增益系数值，作为候选增益系数。也可以是：在预先设置的增益系数参数范围内，该参数范围内再进行不同参数区域的划分，比如可以将该参数范围划分为3个区域，然后在不同的区域内以不同的间隔进行取值，得到不同取值的一系列增益系数值，作为候选增益系数。其中，将该参数范围划分为3个区域，然后在不同的区域内以不同的间隔进行取值的方式，可以是：在第一区域和第三区域内以第一参数间隔进行取值，在第二区域内以第二参数间隔进行取值等，其中，第一参数间隔和第二参数间隔不同。具体的划分和取值方式，本发明实施例在此不作限制。

[0096] 例如，本发明实施例中一种可选的实现方式可以为：设置该增益系数的参数范围为0～0.18，可以在该预先设置的参数范围内，以间隔0.01的大小对参数范围内的参数进行取值，然后，将依次选取的不同取值的增益系数，作为候选增益系数。即该候选增益系数为：在预先设置的增益系数参数范围0～0.18内，以0.01为间隔进行取值得到的一系列参数。

[0097] 当然，本发明实施例只是以上述在预设范围内按照预设的规则对增益系数进行取值的实现方式为例进行说明，实际应用中在预设范围内按照预设的规则对增益系数进行取值的实现方式并不仅限于此。

[0098] S203，在候选增益系数下，确定候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

[0099] 本发明实施例中，在确定待计算的结构对象之后，针对所确定的待计算的结构对象，依次选取不同的候选增益系数。在选取的候选增益系数下，建立各待计算结构对象对应的模型，针对各待计算结构对象对应的模型，计算各待计算结构对象的吸收截面，然后，基于所计算的各待计算结构对象的吸收截面，进一步确定候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。具体的，建立各待计算结构对象对应模型的相关内容在下文进行详细介绍。

[0100] S204，基于基本参数确定目标结构对象模型，并计算目标结构对象模型的相干函数。

[0101] 确定候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数，即确定了所建立的该目标结构对象对应的模型，然后，基于该目标结构对象的模型，进一步计算得到该目标结构对象模型的相干函数。具体的，目标结构对象对应模型的相关内容在下文进行详细介绍。

[0102] S205，若所选取的所有取值的候选增益系数对应的目标结构对象模型的相干函数都计算得到，则将满足预设判断条件的相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。

[0103] 针对在预设范围内按照预设的规则所选取的所有候选增益系数，都已计算得到所有不同候选增益系数对应的目标结构对象模型的相干函数时，将满足预设判断条件的相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数，也就是确定了增益介质层的增益系数。

[0104] 本发明实施例中，确定待计算的结构对象之后，针对所确定的待计算的结构对象，依次选取不同的候选增益系数。然后，在选取的候选增益系数下，进一步确定所选取的候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数，确定该目标结构对象的模型，计算得到该目标结构对象模型的相干函数。最后，针对所选取的所有候选增益系数，计算得到所有不同候选增益系数对应的目标结构对象模型的相干函数，将满足预设判断条件的相干函数所对应的增益系数，确定为目标增益系数。该增益介质层应用于，基于量子点的单光子源中，以使得在该单光子源中，在衬底上覆盖增益介质层，并将量子点和金属微纳结构包裹在增益介质层中，该金属微纳结构可以将平面光波的入射光场限制在量子点附近，以增强光与物质的相互作用，该增益介质层将量子点和金属微纳结构包裹其中，可以限制金属微纳结构附近LSPs的衰减，可以更好的获得单光子，以解决现有技术中量子点-金属微纳结构损耗大，不容易获得单光子的问题。

[0105] 在图2所示实施例的基础上，如图3所示，图3为图2所示实施例中确定目标结构对象基本参数的一种实施方式，该方式可以包括：

[0106] S301，使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型，计算候选增益系数下，各待计算结构对象的第一吸收截向。

[0107] 本发明实施例中，确定待计算的结构对象之后，针对所确定的待计算的结构对象，依次选取不同的候选增益系数。然后，在所选取的候选增益系数下，使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型，并计算所选取的候选增益系数下，各待计算结构对象的第一吸收截面。

[0108] 具体的，使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型，计算候选增益系数下，各待计算结构对象的第一吸收截面的步骤，可以包括：

[0109] 使用有限单元法，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的频域模型；

[0110] 采用平面光波5对各待计算结构对象进行激励；

[0111] 使用第一吸收截面的计算公式，计算候选增益系数下，各待计算结构对象的第一吸收截面；

[0112] 其中，第一吸收截面的计算公式为：

[0113] σabs1(ω)＝Qrh(ω)/S0

[0114] 其中，σabs1(ω)为平面光波5的入射频率为ω时的第一吸收截面，Qrh(ω)为平面光波5的入射频率为ω时对应的热损，S0为平面光波5的能量密度。

[0115] 本发明实施例中，一种可选的实现方式可以为：针对所确定的待计算结构对象，使用有限单元法，建立各待计算结构对象对应的频域模型。其中，各待计算结构对象对应的物理模型可以参照说明书附图1所示，目标结构对象的物理模型可以直接参照说明书附图1，第一结构对象的物理模型和第二结构对象的物理模型可参照说明书附图1中的部分结构。该建立各待计算结构对象对应的频域模型的具体实现方式可以为：基于有限单元法，在计算软件中按照设计的具体参数，该参数比如模型中各部分的尺寸、介电常数等建立该频域模型，其中，模型中各部分的尺寸、介电常数相关介绍参见上文。

[0116] 然后，采用平面光波对各待计算结构对象进行激励。本发明实施例中，以平面光波垂直入射到各待计算结构对象进行激励为例进行说明，针对平面光波的入射方式本发明实施例在此不作限制。在实际应用中，该平面光波的入射频率可以选取任意区间的频率值，本发明实施例中，以平面光波的入射频率取值在3×1014Hz～6×1014Hz之间，功率为106W为例进行说明。

[0117] 在平面光波对各待计算结构对象进行激励之后，使用第一吸收截面的计算公式，计算所选取的候选增益系数下，各待计算结构对象的第一吸收截面。

[0118] 该第一吸收截面的计算公式中，Qrh(ω)为平面光波的入射频率为ω时对应的热损，该热损值可以通过计算软件，在金属结构中对ewfd.Qrh进行积分计算得到，ewfd.Qrh是计算软件自带的计算变量，代表空间的欧姆损耗。S0为平面光波的能量密度，表示平面光波的入射功率P在单位面积上的大小。

[0119] 在本发明实施例中，针对所确定的各个待计算结构对象，使用有限单元法，建立各待计算结构对象对应的频域模型之后，可以使用第一吸收截面的计算公式，计算得到所选取的候选增益系数下，各个待计算结构对象的第一吸收截面，并根据计算结果绘制出各个待计算结构对象第一吸收截面的曲线示意图。

[0120] S302，基于腔量子电动力学CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的稳态模型，计算稳态情况候选增益系数下，各待计算结构对象的第二吸收截面。

[0121] 本发明实施例中，在确定待计算的结构对象之后，针对所确定的待计算的结构对象，依次选取不同的候选增益系数。然后，在所选取的候选增益系数下，基于腔量子电动力学(Cavity-QED，CQED)，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的稳态模型，并计算稳态情况所选取的候选增益系数下，各待计算的结构对象的第二吸收截面。

[0122] 具体的，基于CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的稳态模型，计算稳态情况候选增益系数下，各待计算的结构对象的第二吸收截面的步骤，可以包括：

[0123] 基于CQED，针对所确定的待计算结构对象，建立各待计算结构对象对应的JC模型、哈密顿量和量子主方程；

[0124] 采用平面光波5对各待计算结构对象进行激励；

[0125] 使用第二吸收截面的计算公式，计算稳态情况候选增益系数下，各待计算的结构对象的第二吸收截面；

[0126] 其中，第二吸收截面的计算公式为：

[0127] σabs2(ω)＝(ω/2)Im[μωE0*]/S0

[0128] μω＝〈μ|ρ>

[0129] 其中，σabs2(ω)为平面光波5的入射频率为ω时的第二吸收截面，ω为平面光波5的入射频率，μω为平面光波5的入射频率为ω时的偶极矩，表示μ在ρ中求得的期望值，μ为总的偶极算符，ρ为待计算结构对象模型的密度矩阵，E0*为平面光波5激励强度E0的共轭。

[0130] 本发明实施例中，一种可选的实现方式可以为：将金属微纳结构附近的表面等离子体场等效为一个腔，则量子点-表面等离子体场可看作一个二能级量子点-微腔耦合系统，该系统在CQED中可使用JC模型表示。本发明实施例中，针对所确定的待计算结构对象，基于CQED，建立各待计算结构对象对应的JC模型，具体的，该JC模型使用哈密顿量和量子主方程表示。

[0131] 其中，各待计算结构对象中，目标结构对象对应的哈密顿量可以表示为：

[0132]

[0133] 其中， 为二能级系统上升/下降算符， 为表面等离子体场的光子产生/湮灭算符，ωc与ωa分别为表面等离子体场和二能级量子点的本征频率，g为二能级量子点与表面等离子体场的耦合强度，E0为平面光波的激励强度，ωl为平面光波入射频率，μ为总的偶极算符。

[0134] 该总的偶极算符μ可以表示为：

[0135]

[0136] 其中，da和dc分别为二能级量子点和表面等离子体的偶极距。

[0137] 各待计算结构对象中，目标结构对象对应的量子主方程可以表示为：

[0138]

[0139] 其中，i为虚数单位，为目标结构对象模型的密度矩阵ρ的变化率。

[0140] 非相干项为：

[0141]

[0142] 其中，κ为表面等离子体场的耗散速率，γ1为二能级量子点的自发辐射率，γ2为纯消相。

[0143] 针对第一结构对象和第二结构，其哈密顿量和量子主方程的表示方式，可以参考上述目标结构对象对应的哈密顿量和量子主方程，将其中未涉及到的参数设置为0，得到第一结构对象和第二结构对应的哈密顿量和量子主方程。

[0144] 然后，采用平面光波对各待计算结构对象进行激励。本发明实施例中，以平面光波垂直入射到各待计算结构对象进行激励为例进行说明，针对平面光波的入射方式本发明实施例在此不作限制。在实际应用中，该平面光波的入射频率可以选取任意区间的频率值，本发明实施例中，以平面光波的入射频率取值在3×1014Hz～6×1014Hz之间，功率为106W为例进行说明。

[0145] 在平面光波对各待计算结构对象进行激励之后，使用第二吸收截面的计算公式，计算所选取的候选增益系数下，各待计算结构对象的第二吸收截面。

[0146] 在本发明实施例中，针对所确定的各个待计算结构对象，基于CQED，建立各待计算结构对象对应的JC模型之后，可以得到各待计算结构对象对应的哈密顿量和量子主方程。其中，各待计算结构对象对应的哈密顿量和量子主方程中涉及的参数表面等离子体场本征频率ωc、量子点本征频率ωa、点-腔耦合强度g、量子点偶极矩da、表面等离子体偶极矩dc、腔模耗散速率κ、量子点自发辐射率γ1和纯消相γ2是未知的，都是需要计算求解才能够得到的。

[0147] 针对上述需要求解的参数，本发明实施例中采用的方法可以是：首先，设定一组初始值赋值给上述参数。然后，使用第二吸收截面的计算公式，计算得到所选取的候选增益系数下，各个待计算结构对象的第二吸收截面，并根据计算结果绘制出各个待计算结构对象第二吸收截面的曲线示意图。最后，通过拟合计算得到的各第一吸收截面与第二吸收截面曲线，来确定上述需要计算求解的各参数。

[0148] S303，拟合计算得到的各第一吸收截面与第二吸收截面，并确定候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

[0149] 针对所确定的待计算结构对象，分别使用有限单元法和基于CQED，建立各待计算结构对象对应的模型，并在计算得到所选取的候选增益系数下，各个待计算结构对象所对应的第一吸收截面和第二吸收截面之后，通过绘制各个待计算结构对象所对应的第一吸收截面曲线和第二吸收截面曲线，来进一步确定候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

[0150] 其中，该目标结构对象的基本参数可以包括：

[0151] 表面等离子体场本征频率、腔模耗散速率、量子点的本征频率、纯消相、量子点偶极矩、表面等离子体偶极矩、点-腔耦合强度和量子点自发辐射率。

[0152] 本发明实施例中，所需求确定的目标结构对象的基本参数，即为上述建立该目标结构对象的对应的哈密顿量和量子主方程中涉及的参数ωc、ωa、g、da、dc、κ、γ1和γ2。

[0153] 在图3所示实施例的基础上，如图4所示，图4为图3所示实施例中步骤S303的一种实施方式，该方式可以包括：

[0154] S401，拟合第一结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0155] 本发明实施例中，针对所确定的第一结构对象，使用有限单元法，建立该第一结构对象对应的模型，然后，计算得到所选取的候选增益系数下，该第一结构对象所对应的第一吸收截面；基于CQED，建立该第一结构对象对应的模型，然后，计算得到所选取的候选增益系数下，该第一结构对象所对应的第二吸收截面。并绘制出该第一结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0156] 该第一结构对象，即为增益辅助金属微纳结构，在基于CQED建立该第一结构对象对应的哈密顿量和量子主方程中涉及到的参数：表面等离子体场本征频率ωc和腔模耗散速率(即表面等离子体场的耗散速率)κ是未知的，在给ωc和κ赋初值之后，计算该第一结构对象对应的第二吸收截面，并绘制出该第一结构对象对应的第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0157] 然后，将该第一结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线绘制在同一坐标系下，不断调整参数ωc和κ的值，对该第一结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线进行拟合，使得该第一结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线重合，得到曲线重合时对应的ωc和κ的值，完成第一结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线的拟合过程。

[0158] S402，拟合第二结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0159] 本发明实施例中，针对所确定的第二结构对象，使用有限单元法，建立该第二结构对象对应的模型，然后，计算得到所选取的候选增益系数下，该第二结构对象所对应的第一吸收截面；基于CQED，建立该第二结构对象对应的模型，然后，计算得到所选取的候选增益系数下，该第二结构对象所对应的第二吸收截面。并绘制出该第二结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0160] 该第二结构对象，即为二能级量子点，在基于CQED建立该第二结构对象对应的哈密顿量和量子主方程中涉及到的参数：量子点本征频率ωa和纯消相γ2是未知的，在给ωa和γ2赋初值之后，计算该第二结构对象对应的第二吸收截面，并绘制出该第二结构对象对应的第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0161] 然后，将该第二结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线绘制在同一坐标系下，不断调整参数ωa和γ2的值，对该第二结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线进行拟合，使得该第二结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线重合，得到曲线重合时对应的ωa和γ2的值，完成第二结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线的拟合过程。

[0162] S403，拟合目标结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0163] 本发明实施例中，针对所确定的目标结构对象，使用有限单元法，建立该目标结构对象对应的模型，然后，计算得到所选取的候选增益系数下，该目标结构对象所对应的第一吸收截面；基于CQED，建立该目标结构对象对应的模型，然后，计算得到所选取的候选增益系数下，该目标结构对象所对应的第二吸收截面。并绘制出该目标结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0164] 该目标结构对象，即为量子点-增益辅助金属微纳结构，在基于CQED建立该目标结构对象对应的哈密顿量和量子主方程中涉及到的参数：量子点偶极矩da、表面等离子体偶极矩dc、点-腔耦合强度(即二能级量子点与表面等离子体场的耦合强度)g和量子点自发辐射率γ1是未知的，在给da、dc、g和γ1赋初值之后，计算该目标结构对象对应的第二吸收截面，并绘制出该目标结构对象对应的第二吸收截面的稳态频域曲线。

[0165] 然后，将该目标结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线绘制在同一坐标系下，不断调整参数da、dc、g和γ1的值，对该目标结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线进行拟合，使得该目标结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线重合，得到曲线重合时对应的da、dc、g和γ1的值，完成目标结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线的拟合过程。

[0166] S404，基于所有第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线的拟合，确定候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

[0167] 基于对上述各待计算结构对象所对应的所有第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线的拟合，得到的拟合结果，可以进一步确定所选取的候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数。

[0168] 参见图5a和图5b，图5a为本发明实施例中一种拟合第一结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；图5b为本发明实施例中另一种拟合第一结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图。图5a和图5b分别为候选增益系数为0.05和0.086时，绘制的该候选增益系数下，第一结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线拟合结果。其中，图5a和图5b中横坐标表示平面光波的入射能量，纵坐标为吸收截面对应的值，圆点表示第一吸收截面，曲线表示第二吸收截面。

[0169] 根据图5a和图5b所示的第一结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线拟合结果，可以得到，当候选增益系数为0.05时，得到对应的ωc为1.3078eV，κ为33meV；当候选增益系数为0.086时，得到对应的ωc为1.3078eV，κ为3.8meV。

[0170] 参见图6a和图6b，图6a为本发明实施例中一种拟合第二结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；图6b为本发明实施例中另一种拟合第二结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图。图6a和图6b分别为候选增益系数为0.05和0.086时，绘制的该候选增益系数下，第二结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线拟合结果。其中，图6a和图6b中横坐标表示平面光波的入射能量，纵坐标为吸收截面对应的值，圆点表示第一吸收截面，曲线表示第二吸收截面。

[0171] 根据图6a和图6b所示的第二结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线拟合结果，可以得到，当候选增益系数为0.05时，得到对应的ωa为1.3078eV，γ2为0.5meV；当候选增益系数为0.086时，得到对应的ωa为1.3078eV，γ2为0.4meV。

[0172] 参见图7a和图7b，图7a为本发明实施例中一种拟合目标结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图；图7b为本发明实施例中另一种拟合目标结构对象对应的、第一吸收截面的频域曲线与第二吸收截面的稳态频域曲线示意图。图7a和图7b分别为候选增益系数为0.05和0.086时，绘制的该候选增益系数下，目标结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线拟合结果。其中，图7a和图7b中横坐标表示平面光波的入射能量，纵坐标为吸收截面对应的值，圆点表示第一吸收截面，曲线表示第二吸收截面。

[0173] 根据图7a和图7b所示的目标结构对象所对应的第一吸收截面的频域曲线和第二吸收截面的稳态频域曲线拟合结果，可以得到，当候选增益系数为0.05时，得到对应的da为102D，dc为800D，g为7.6meV，通过计算得到γ1为25.5neV；当候选增益系数为0.086时，得到对应的da为430D，dc为1780D，g为7.6meV，通过计算得到γ1为35.4neV。其中，γ1是通过公式计算得到的，该公式中 为约化普朗克常数，c为真空中光速。

[0174] 在图2所示实施例的基础上，如图8所示，图8为图2所示实施例中确定相干函数的一种实施方式，该方式可以包括：

[0175] S801，将基本参数，应用到目标结构对象的哈密顿量和量子主方程中，确定目标结构对象模型。

[0176] 本发明实施例中，在所选取的候选增益系数下，确定该选取的候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数之后，将所确定的目标结构对象的基本参数，代入到目标结构对象的哈密顿量和量子主方程中，即可以确定该目标结构对象的准确模型(即确定基本参数之后的目标结构对象的哈密顿量和量子主方程)。其中，该选取的候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数，即为，上述通过拟合计算得到的各第一吸收截面与第二吸收截面所确定的：表面等离子体场本征频率ωc、量子点本征频率ωa、点-腔耦合强度g、量子点偶极矩da、表面等离子体偶极矩dc、腔模耗散速率κ、量子点自发辐射率γ1和纯消相γ2。

[0177] S802，使用相干函数的计算公式，计算目标结构对象模型的相干函数。

[0178] 本发明实施例中，在确定所选取的候选增益系数下，目标结构对象的准确模型之后，可以应用量子光学计算工具箱进一步计算，得到该目标结构对象模型的密度矩阵ρ，然后，使用相干函数的计算公式，计算得到该目标结构对象模型的相干函数。

[0179] 其中，相干函数的计算公式为：

[0180]

[0181] 在该计算公式中，g2(0)为目标结构对象的相干函数， 为表面等离子体场的光子产生/湮灭算符， 是算符 在ρ中求期望值的结果， 是 在ρ中求期望值的结果。

[0182] 在图2所示实施例的基础上，如图9所示，图9为图2所示实施例中确定目标增益系数的一种实施方式，该方式可以包括：

[0183] S901，获取每一相干函数的最小值，作为相干函数极小值。

[0184] 本发明实施例中，针对在预设范围内按照预设的规则所选取的所有候选增益系数，都已计算得到所有不同候选增益系数对应的目标结构对象模型的相干函数时，获取得到的所有相干函数中每一相干函数的最小值，将各相干函数对应的最小值作为该相干函数极小值。

[0185] S902，判断每一相干函数极小值是否满足预设判断条件，将满足预设判断条件的相干函数，确定为候选相干函数。

[0186] 在获取到预设范围内按照预设的规则所选取的所有候选增益系数下，每一相干函数极小值之后，判断所获取的每一相干函数极小值是否满足预设判断条件，然后，将满足预设判断条件的相干函数，确定为候选相干函数。

[0187] 本发明实施例中一种可选的实现方式为：将预设判断条件设置为，判断每一相干函数极小值是否小于1，当相干函数极小值小于1时，说明该相干函数所对应的目标结构对象模型能够产生单光子。将满足预设判断条件的相干函数确定为候选相干函数，即将满足预设判断条件的相干函数所对应的目标结构对象模型，确定为候选目标结构对象模型，该候选目标结构对象模型所对应的候选增益系数，确定为目标候选增益系数。

[0188] S903，比较所有候选相干函数极小值，将候选相干函数极小值中最小值对应的候选相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。

[0189] 确定候选相干函数之后，所有候选相干函数极小值都是小于1的值，比较所有候选相干函数极小值，然后，将候选相干函数极小值中最小值对应的候选相干函数确定为目标相干函数，将该目标相干函数所对应的候选目标结构对象模型确定为最终的目标结构对象模型，该最终的目标结构对象模型所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。

[0190] 可参见图10a和图10b，图10a为本发明实施例中一种目标结构对象模型的相干函数曲线示意图；图10b为本发明实施例中另一种目标结构对象模型的相干函数曲线示意图。图10a和图10b分别为候选增益系数为0.05和0.086时，绘制的该候选增益系数下，目标结构对象模型的相干函数曲线。其中，图10a和图10b中横坐标表示平面光波的入射能量，纵坐标为候选增益系数下目标结构对象模型对应的相干函数的值。

[0191] 根据图10a和图10b所示的候选增益系数下目标结构对象模型的相干函数曲线，可以得到，当候选增益系数为0.05时，得到对应的目标结构对象模型的相干函数极小值为0.98；当候选增益系数为0.086时，得到对应的目标结构对象模型的相干函数极小值为
0.35。

[0192] 实际应用中，当目标结构对象模型所对应的相干函数极小值小于1时，则该目标结构对象模型所对应的增益系数应该到上述基于量子点的单光子源中，就可以产生单光子。当目标结构对象模型所对应的相干函数极小值小于1，且相对更小时，该目标结构对象模型所对应的增益系数应该到上述基于量子点的单光子源中，产生单光子的性能更好。

[0193] 本发明实施例中，确定待计算的结构对象之后，针对所确定的待计算的结构对象，依次选取不同的候选增益系数。然后，在选取的候选增益系数下，进一步确定所选取的候选增益系数对应的目标结构对象的基本参数，确定该目标结构对象的模型，计算得到该目标结构对象模型的相干函数。最后，针对所选取的所有候选增益系数，计算得到所有不同候选增益系数对应的目标结构对象模型的相干函数，将满足预设判断条件的相干函数所对应的候选增益系数，确定为目标增益系数。该增益介质层应用于，基于量子点的单光子源中，以使得在该单光子源中，在衬底上覆盖增益介质层，并将量子点和金属微纳结构包裹在增益介质层中，该金属微纳结构可以将平面光波的入射光场限制在量子点附近，以增强光与物质的相互作用，该增益介质层将量子点和金属微纳结构包裹其中，可以限制金属微纳结构附近LSPs的衰减，可以更好的获得单光子，以解决现有技术中量子点-金属微纳结构损耗大，不容易获得单光子的问题。

[0194] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0195] 本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

[0196] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。