CN114265146A - 实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现片上单光子源的微腔‑波导耦合结构及其设计方法，其中实现片上单光子源的微腔‑波导耦合结构包括衬底，所述衬底具有第一折射率；所述衬底上设置有椭圆盘和光栅，所述光栅嵌套所述椭圆盘，所述椭圆盘和光栅具有第二折射率；所述衬底上还设有第一平面波导和第二平面波导，所述第一平面波导和第二平面波导具有第二折射率，所述第一平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第一侧插入所述光栅；所述第二平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第二侧插入所述光栅；其中所述第二折射率大于所述第一折射率。本发明可以产生高亮度、高全同性、高纯度的高性能片上单光子源。
Description
技术领域
本发明涉及光量子技术领域，尤其是一种实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构及其设计方法。
背景技术
量子力学揭示了不同于经典物理的原理和规律，促生了量子通信，量子计算和量子精密测量等热门量子技术。光量子技术是以光子为信息载体的量子技术，且光子需是量子态的单光子或纠缠光子对，即量子光源。自组装半导体量子点(单光子源)在一次外部触发下，确定性的发射一个光子或纠缠光子对，已经成为当今最有可能实现理想量子光源的物理系统。然而，由于量子点辐射方向的随机性，使单光子的收集及利用异常困难，严重制约了量子点光量子技术的发展。
通过设计微纳结构可以改变量子点处的电磁环境，进而控制量子点的辐射方向，提高收集效率。基于共振腔的微纳结构有微柱腔、微环腔、光子晶体腔，牛眼腔等。基于波导结构的有纳米线、纳米喇叭、光子晶体波导等。微柱是一种垂直腔，即单光子在竖直方向上震荡，单光子最终从反射率较低的上反射镜出射。光子晶体和牛眼是平板腔，即单光子在水平平板内震荡，经由光栅或光子晶体散射出平板。微环是一种回音壁微腔，即光子在微环中沿顺时针或逆时针传输，通过倏逝波耦合进波导。纳米线和纳米喇叭将单光子耦合进波导模式，从上表面辐射到自由空间。光子晶体波导耦合单光子进入波导并传输。
微柱是垂直腔，由于其几乎不抑制其他通道的辐射，光子收集主要受限于基模的β因子和侧壁泄漏，其收集效率做不到90％以上。牛眼腔、纳米线、纳米喇叭理论上收集效率能达到近1，但它们都是片外单光子源，即辐射单光子源到自由空间，需要经由光纤耦合进片上波导网络。由于光纤的两端耦合，极大地降低单光子源的片上效率。微环腔耦合单光子到片上波导，但是由于其结构特点，在共振激发方案下，其片上效率做不到50％以上。光子晶体波导是一种片上光源，且具有近1的理论收集效率。但它是一种悬空结构，不适合片上大面积集成，并且单光子源距离刻蚀表面较近，容易引起电荷波动，降低了单光子源的全同性。
发明内容
为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构及其设计方法，从而产生高亮度、高全同性、高纯度的高性能片上单光子源。
第一方面，本发明实施例提供了：一种实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构，包括：
衬底，所述衬底具有第一折射率；
所述衬底上设置有椭圆盘和光栅，所述光栅嵌套所述椭圆盘，所述椭圆盘和所述光栅具有第二折射率；
所述衬底上还设有第一平面波导和第二平面波导，所述第一平面波导和第二平面波导具有第二折射率，所述第一平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第一侧插入所述光栅；所述第二平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第二侧插入所述光栅；
其中所述第二折射率大于所述第一折射率。
进一步，所述光栅包括多个同心椭圆环，相邻的任意两个所述椭圆环之间的间距相等。
进一步，所述微腔包括所述椭圆盘和所述光栅，所述椭圆盘与所述椭圆环同心设置，其中尺寸最小的所述椭圆环与所述椭圆盘之间的间距与相邻的任意两个所述椭圆环之间的间距相等。
进一步，所述第一平面波导连接一个或一个以上所述椭圆环；所述第二平面波导连接一个或一个以上所述椭圆环。
进一步，所述第一平面波导与所述第二平面波导不相连，所述第一平面波导连接所述椭圆环的数量与所述第二平面波导连接所述椭圆环的数量相同。
进一步，平行偏振为偏振方向与所述第一平面波导平行的偏振；垂直偏振为偏振方向与第一平面波导垂直的偏振；所述平行偏振的激发光从所述微腔所在平面的上方垂直入射到所述椭圆盘的中心，激发所述椭圆盘中心的目标单光子源，所述目标单光子源的所述垂直偏振的辐射耦合进入所述第一平面波导和第二平面波导。
第二方面，本发明实施例提供了：一种如上所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构的设计方法，包括以下步骤：
S1、根据所述目标单光子源辐射的波段确定所述衬底的折射率和所述椭圆盘的折射率；
S2、利用数值模拟法获得所述微腔的椭圆盘的不同厚度对应的传输模式折射率；
S3、根据所述传输模式折射率和光栅方程确定所述光栅的光栅参数，使所述光栅为反射光栅；
S4、根据所述光栅参数修改所述椭圆盘的椭圆度从而将所述椭圆盘确定为圆盘，确定所述圆盘的圆周半径，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致；
S5、调整所述椭圆盘的椭圆度，使所述目标单光子源的垂直辐射中所述垂直偏振的占比最大；
S6、调整所述第一平面波导和第二平面波导的位置和宽度，使所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率最大；
S7、调整并确定所述椭圆盘的椭圆度，使所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率最大；
S8、调整所述椭圆盘的尺寸，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致；
S9、根据所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率循环重复步骤S6-S8，以获得最高的单光子辐射效率且使微腔的共振峰与单光子辐射效率的峰值吻合。。
进一步，步骤S3中，通过光栅方程P(sinα+sinβ)＝mλ确定所述光栅的光栅参数，其中P代表光栅周期，α和β分别代表光栅的入射角和衍射角，λ是有效波长，m＝0,±1,±2是衍射光的级次，其中+代表衍射光和入射光分布在法线的同侧；-代表衍射光和入射光分布在法线的异侧。
进一步，步骤S4中，通过微腔方程nslab×2R+ngrating×2Leff＝m×λ0计算所述圆盘的半径R，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致，其中nslab表式薄膜模式折射率，Leff代表所述光栅有效长度,m代表腔模节点数，λ0为自由空间中目标波长，ngrating代表光栅区域的折射率，ngrating＝nair×W/P+(P-W)/P×nslab，其中nair代表空气的折射率，W代表所述同心椭圆环的间距宽度，P是所述光栅的周期。
进一步，根据计算出的所述圆盘的半径R对所述椭圆盘圆周半径的范围和所述光栅参数间隔进行设定，再利用数值模拟法对所述圆盘圆周的半径和所述光栅参数进行模拟扫描，以获得不同参数下的所述目标单光子源的辐射增强因子，最后根据所述辐射增强因子确定所述椭圆盘圆周的半径和光栅参数，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致。
本发明实施例的有益效果是：本发明提供了一种实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构及其设计方法，其中实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构包括衬底，所述衬底具有第一折射率；所述衬底上设置有椭圆盘和光栅，所述光栅嵌套所述椭圆盘，所述椭圆盘和光栅具有第二折射率；所述衬底上还设有第一平面波导和第二平面波导，所述第一平面波导和第二平面波导具有第二折射率，所述第一平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第一侧插入所述光栅；所述第二平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第二侧插入所述光栅；其中所述第二折射率大于所述第一折射率。本发明提高了片上高性能单光子源的波导耦合效率，产生高亮度、高全同性、高纯度的高性能片上单光子源。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的微腔-波导耦合结构的结构俯视图；
图2为根据本发明实施例提供的微腔-波导耦合结构的沿椭圆短半轴的截面结构图；
图3为根据本发明实施例提供的微腔-波导耦合结构的沿椭圆长半轴的截面结构图；
图4为根据本发明实施例提供的微腔-波导耦合结构的工作原理图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1-3，本实施例公开了一种实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构包括衬底1，衬底1具有第一折射率；椭圆盘2，具有第二折射率，设置在衬底上；光栅3具有第二折射率，上述光栅嵌套所述椭圆盘；衬底1上还具有第一平面波导和第二平面波导；第一平面波导自上述光栅的长轴或短轴的第一侧插入光栅，第一平面波导4连接一个或一个以上同心椭圆环；第二平面波导5自光栅的长轴或短轴的第二侧插入上述光栅，第二平面波导连接一个或一个以上同心椭圆环；其中第二折射率大于第一折射率。
本发明旨在设计一种可以产生片上高性能单光子源的微腔-波导耦合结构，提高片上高性能单光子源的波导耦合效率。利用微腔的Purcell增强效应来加快单光子源内部激子的复合，减小电子的弛豫来提高单光子的全同性。通过将第一平面波导和第二平面波导插入微腔将单光子高效率耦合进平板波导网络，保证较高的片上单光子辐射效率。由于波导模式正交性，波导抑制激发光耦合进单光子源通道，消除背景光，提高单光子纯度。
本申请实施例中，椭圆盘和光栅可以是GaAs材料，衬底可以是SiO2。具体地，椭圆盘的厚度可以为130nm-180nm，优选160nm。对应地，衬底的厚度要大于200nm。本发明的微腔-波导耦合结构是一种非悬空结构，通过在高折射率薄膜材料下面加入一层低折射率材料克服了悬空结构的机械脆弱性；本发明实施例中的微腔具有较大的腔体尺寸，这样设置可以使单光子源远离刻蚀表面，消除或减小刻蚀界面引起的电荷波动对单光子全同性的影响。由于本申请实施例中的微腔-波导耦合结构是一种微腔结构，因此可以在腔模处提供高的局域态密度，加快激子复合，减小电子弛豫时间，提高单光子的全同性；由于该微腔是椭圆腔体，从而打开了正交腔模的简并性，在腔模处可以加快垂直偏振偶极子的辐射，而抑制水平偏振偶极子的辐射，打破了带电激子等概率辐射两个正交偏振单光子的固有自发辐射本质，极大地提高了目标偏振单光子的辐射效率。
本申请实施例中，椭圆盘2为设置在衬底1上的单模薄膜，这种设置可以抑制单光子源辐射单光子到自由空间。具体地，椭圆盘的厚度可以为130nm-180nm，优选160nm。通过合理的设计工作在目标波长的微腔结构，即中心圆盘的半径，使局域在中心圆盘内的光子建设性相干叠加，并使腔体中心光强最大。将中心圆盘变形为椭圆盘，可以打开微腔正交偏振简并性，即通过拉伸或压缩中心圆腔体为椭圆腔体，改变两个正交偏振腔模的腔长，使其共振波长分离。
本申请实施例中的第一平面波导4和第二平面波导5是两个长条形的平面波导，二者插入微腔体内，可以使用波导耦合出局域在微腔中的偏振单光子，还可直接耦合出局域在该微腔的单光子到片上波导网络，极大地提高了片上单光子辐射效率。值得注意的是，第一平面波导和第二平面波导可以具有与椭圆盘相同的第二折射率，即第一平面波导和第二平面波导可以为GaAs材料。设置激发光源与耦合波导平行，由于模式不匹配，激发光不能耦合进收集波导，赋予了此结构可以适用于共振荧光方案，并且无需任何滤光的功能。
值得注意的是，本申请通过将激发光源设为偏振高斯光，且偏振方向与第一平面波导和第二平面波导垂直，由于平面波导的偏振模式与激发光源的偏振模式不匹配，激发光源不能耦合进平板波导，使其可以采用共振荧光方案，这是目前实现单光子源全同性最好的激发方式，并且其具有非常高的消光比，从而保证了单光子源的高纯度。即，本申请实施例中的微腔-波导耦合结构可以产生高亮度、高全同性、高纯度的高性能片上单光子源。
具体地，本申请实施例中的微腔-波导耦合结构在工作时，与第一平面波导和第二平面波导平行偏振的激发光从上方垂直入射到椭圆盘的中心，激发椭圆盘中心的单光子源，单光子源辐射与第一平面波导和第二平面波导垂直的单光子，并耦合进第一平面波导和第二平面波导。
本申请实施例中，微腔包括椭圆盘和光栅，光栅包括多个同心椭圆环31，相邻的任意两个椭圆环31之间的间距相等。椭圆盘2与椭圆环31同心设置，其中尺寸最小的椭圆环与椭圆盘之间的间距与相邻的任意两个椭圆环之间的间距相等。
在本申请实施例中，多个同心椭圆环构成一阶布拉格反射光栅，一阶布拉格反射光栅的占空比应尽可能接近1/2。利用一阶圆形或椭圆形的上述布拉格反射光栅，上述一阶布拉格反射光栅和中心椭圆盘构成单光子源的微腔，可以全方位抑制光子在平板薄膜内传输。特别指出的是，多个同心椭圆环之间的距离可以设置为相等。
在本申请实施例中，参见图1，第一平面波导与所述第二平面波导连接的同心椭圆形环的数量相同。值得注意的是，可以设置第一平面波导与第二平面波导不相连。
平行偏振为偏振方向与所述第一平面波导平行的偏振；垂直偏振为偏振方向与第一平面波导垂直的偏振；参见图4，垂直方向上具有脉冲激发光，用来激发单光子源，其中H-Pol代表激发光的偏振方向，水平偏振。水平方向上具有单光子源辐射的信号光，V-Pol代表信号光的偏振方向，即垂直偏振。平行偏振的激发光从微腔所在平面的上方垂直入射到椭圆盘的中心，激发椭圆盘中心的目标单光子源，目标单光子源的垂直偏振的辐射耦合进入第一平面波导和第二平面波导实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构。其工作原理为：水平偏振光H-Pol自垂直于椭圆盘所在平面的方向垂直打在中心微腔中的单光子源，用来激发单光子源。由于椭圆微腔打开了两个正交腔模的简并性，会不对等的增强或抑制相应偏振偶极子的寿命，打破了带电激子等概率发射两个偏振单光子的固有属性，使其尽可能只发射单偏振的单光子。插入微腔中的波导将束缚在微腔中的单光子源耦合出来。由于波导的模式选择性，激发光不能耦合进波导，即实现了滤波的作用，保证了单光子源的纯度。
本申请实施例还提供一种实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构的设计方法，包括以下步骤：
S1、根据所述目标单光子源辐射的波段确定所述衬底的折射率和所述椭圆盘的折射率；
S2、利用数值模拟法获得所述微腔的椭圆盘的不同厚度对应的传输模式折射率；
S3、根据所述传输模式折射率和光栅方程确定所述光栅的光栅参数，使所述光栅为反射光栅；
S4、根据所述光栅参数修改所述椭圆盘的椭圆度从而将所述椭圆盘确定为圆盘，确定所述圆盘的圆周半径，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致；
S5、调整所述椭圆盘的椭圆度，使所述目标单光子源的垂直辐射中所述垂直偏振的占比最大；
S6、调整所述第一平面波导和第二平面波导的位置和宽度，使所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率最大；
S7、调整并确定所述椭圆盘的椭圆度，使所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率最大；
S8、调整所述椭圆盘的尺寸，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致；
S9、根据所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率循环重复步骤S6-S8，以获得最高的单光子辐射效率且使微腔的共振峰与单光子辐射效率的峰值吻合。
本申请的实施例中，步骤S3中，通过光栅方程P(sinα+sinβ)＝mλ确定一阶布拉格反射光栅的光栅参数，其中P代表光栅周期，α和β分别代表光栅的入射角和衍射角，λ是有效波长，m＝0,±1,±2是衍射光的级次，其中+(-)代表衍射光和入射光分布在法线的同(异)侧。为了便于制备，在反射率相近的情况下，应取最大光栅周期参数，且占空比尽可能靠近1/2。
本申请的实施例中步骤S4中，步骤S4中，通过微腔方程nslab×2R+ngrating×2Leff＝m×λ0计算圆盘的半径R，使微腔的共振峰与目标单光子源的辐射波长一致，其中nslab表式薄膜模式折射率，Leff代表光栅有效长度，m代表腔模节点数，λ0代表自由空间中目标波长，ngrating代表光栅区域的折射率，ngrating＝nair×W/P+(P-W)/P×nslab，其中nair代表空气的折射率，W代表相邻所述椭圆环之间间距宽度，P代表所述的周期。根据计算出的所述圆盘的半径R对所述椭圆盘圆周半径的范围和所述光栅参数间隔进行设定，再利用数值模拟法对所述椭圆盘圆周的半径和所述光栅参数进行模拟扫描，以获得不同参数下的所述目标单光子源的辐射增强因子，最后根据所述辐射增强因子确定所述椭圆盘圆周的半径和光栅参数，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致。
具体地，在发射体增强因子相近时，选择中心圆盘较大的半径，以减小刻蚀表面对量子辐射体电荷波动的影响。
值得注意的是，步骤S4中获得的腔体是圆对称微腔，是一个正交简并微腔。对于一个带点激子，微腔将同等增强两个正交偶极子的辐射率，使单偏振单光子辐射效率等于50％。为了打破正交偏振偶极子的等辐射率，需打开微腔正交腔模的简并性。对微腔椭圆率的范围和间隔进行设定，再利用数值模拟法对光栅参数进行模拟扫描，以获得不同参数下两个偶极子Purcell因子的比值。取垂直偏振偶极子辐射效率接近100％时的椭圆率。
值得注意的是，步骤S5中，在垂直方向上减小S4步骤中圆盘的半径，打开正交腔模兼并性，抑制目标单光子源辐射水平偏振态光子。根据椭圆度对腔体圆周进行调整从而得到椭圆盘。
步骤S8中，为了将之前步骤中产生的单光子从微腔耦合进平面波导，需要将波导插入腔体。对于一个固定宽度的单模波导，将波导依次从最内层光栅到最外层光栅移动，利用数值模拟法对波导位置进行模拟扫描，以获得不同位置下的片上单光子辐射效率。最终，我们取片上单光子辐射效率最高时的波导位置。
步骤S8中，在确定第一平面波导和第二平面波导的宽度时，对波导宽度的范围和间隔进行设定，再利用数值模拟法对波导宽度进行模拟扫描，以获得不同参数下的最高单光子辐射效率。
步骤S8中，在调整椭圆中心腔体椭圆度时，对微腔的长轴做精细调整，利用数值模拟法对波导位置进行模拟扫描，获得最大单光子辐射效率，继续精细调整使微腔腔模与单光子辐射效率峰值相吻合。
S8调整椭圆中心腔体的尺寸。对于S7步骤中的结构，对微腔的长轴做精细调整，利用数值模拟法对波导位置进行模拟扫描。
本发明实施例首先通过使用时域有限差分法依次对薄膜厚度、一阶布拉格光栅参数及腔体半径进行扫描，设计了一种全方位抑制光子辐射的微腔。然后拉伸圆形微腔为椭圆形微腔，打开微腔的正交腔模简并性；最后将平板波导插入微腔，耦合出局域在腔体内的偏振光子到片上波导网络。微腔可以改善单光子源处的电磁环境解决其辐射方向随机性，并通过Purcell因子加快激子复合提高单光子的全同性。微腔为非简并正交腔模，可打破带电激子等概率辐射两个正交偏振单光子的自发辐射性质，产生单偏振单光子。耦合波导将目标偏振单光子输出到波导网络，提高了片上的耦合效率。激发光偏振与波导平行，因模式不匹配而不能耦合进波导网络，解决了共振激发时背景光难消除的问题。本发明设计的微腔波导耦合结构，提高了片上高性能单光子源的波导耦合效率，实现了片上高性能单光子源。
对于上述方法实施例中的步骤先后，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有第一折射率；
所述衬底上设置有椭圆盘和光栅，所述光栅嵌套所述椭圆盘，所述椭圆盘和所述光栅具有第二折射率；
所述衬底上还设有第一平面波导和第二平面波导，所述第一平面波导和第二平面波导具有第二折射率，所述第一平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第一侧插入所述光栅；所述第二平面波导自所述光栅的长轴或短轴的第二侧插入所述光栅；
其中所述第二折射率大于所述第一折射率。
2.根据权利要求1所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构，其特征在于，所述光栅包括多个同心椭圆环，相邻的任意两个所述椭圆环之间的间距相等。
3.根据权利要求2所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构，其特征在于，所述微腔包括所述椭圆盘和所述光栅，所述椭圆盘与所述椭圆环同心设置，其中尺寸最小的所述椭圆环与所述椭圆盘之间的间距与相邻的任意两个所述椭圆环之间的间距相等。
4.根据权利要求2所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构，其特征在于，所述第一平面波导连接一个或一个以上所述椭圆环；所述第二平面波导连接一个或一个以上所述椭圆环。
5.根据权利要求2所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构，其特征在于，所述第一平面波导与所述第二平面波导不相连，所述第一平面波导连接所述椭圆环的数量与所述第二平面波导连接所述椭圆环的数量相同。
6.根据权利要求1所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构，其特征在于，平行偏振为偏振方向与所述第一平面波导平行的偏振；垂直偏振为偏振方向与第一平面波导垂直的偏振；所述平行偏振的激发光从所述微腔所在平面的上方垂直入射到所述椭圆盘的中心，激发所述椭圆盘中心的目标单光子源，所述目标单光子源的所述垂直偏振的辐射耦合进入所述第一平面波导和第二平面波导。
7.一种如权利要求1-6所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构的设计方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、根据所述目标单光子源辐射的波段确定所述衬底的折射率和所述椭圆盘的折射率；
S2、利用数值模拟法获得所述微腔的椭圆盘的不同厚度对应的传输模式折射率；
S3、根据所述传输模式折射率和光栅方程确定所述光栅的光栅参数，使所述光栅为反射光栅；
S4、根据所述光栅参数修改所述椭圆盘的椭圆度从而将所述椭圆盘确定为圆盘，确定所述圆盘的圆周半径，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致；
S5、调整所述椭圆盘的椭圆度，使所述目标单光子源的垂直辐射中所述垂直偏振的占比最大；
S6、调整所述第一平面波导和第二平面波导的位置和宽度，使所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率最大；
S7、调整并确定所述椭圆盘的椭圆度，使所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率最大；
S8、调整所述椭圆盘的尺寸，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致；
S9、根据所述目标单光子源的所述垂直偏振辐射的波导耦合效率循环重复步骤S6-S8，以获得最高的单光子辐射效率且使微腔的共振峰与单光子辐射效率的峰值吻合。
8.根据权利要求7所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构的设计方法，其特征在于，步骤S3中，通过光栅方程P(sinα+sinβ)＝mλ确定所述光栅的光栅参数，其中P代表光栅周期，α和β分别代表光栅的入射角和衍射角，λ是有效波长，m＝0，±1，±2是衍射光的级次，其中+代表衍射光和入射光分布在法线的同侧；-代表衍射光和入射光分布在法线的异侧。
9.根据权利要求7所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构的设计方法，其特征在于，步骤S4中，通过微腔方程nslab×2R+ngrating×2Leff＝m×λ0计算所述圆盘的半径R，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致，其中nslab表式薄膜模式折射率，Leff代表所述光栅的有效长度，m代表腔模的节点数，λ0代表自由空间中目标波长，ngrating代表所述光栅区域的折射率，ngrating＝nair×W/P+(P-W)/P×nslab，其中nair代表空气的折射率，W代表相邻所述椭圆环之间间距宽度，P代表所述光栅的周期。
10.根据权利要求8-9所述的实现片上单光子源的微腔-波导耦合结构的设计方法，其特征在于，根据计算出的所述圆盘的半径R对所述圆盘圆周半径的范围和所述光栅参数间隔进行设定，再利用数值模拟法对所述椭圆盘圆周的半径和所述光栅参数进行模拟扫描，以获得不同参数下的所述目标单光子源的辐射增强因子，最后根据所述辐射增强因子确定所述椭圆盘圆周的半径和光栅参数，使所述微腔的共振峰与所述目标单光子源的辐射波长一致。
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