对于量子计算,量子加密以及可扩展的光量子信息处理等领域的发展来说,高纯度,高全同性,高发光效率,且能够定向发射的集成固态单光子源是其中重要的一环。在其研发过程中,量子点-微腔耦合系统由于其高度的可操控性,可集成性以及巨大的发展潜力,成为了近二十年中的研究热点。该系统对于微腔的性能有数点要求,其中就包括了较小的有效模式体积。产生于金属纳米结构表面的局域表面等离激元由于具有可以突破光学衍射极限的极低模式体积,因而在最近的研究中引起了广泛关注。本文围绕增强量子点-金属纳米结构耦合系统中的相互作用及亚泊松光子统计展开研究,主要工作内容和创新点如下:1.量子点-金属纳米圆锥耦合系统中的强相互作用。将金属纳米结构表面的等离激元等效为单模腔,把量子点置于一对空间对称的金属纳米圆锥的中心位置,耦合系统则被视为Jaynes-Cummings模型。改变圆锥的锐利度,发现较锋利的结构可以进一步提高两尖端之间的电场强度,且相对应的结构光谱线宽变窄,定性上说明尖锐的金属纳米结构更有利于增强与量子点之间的相互作用。将分别通过有限元法和腔量子电动力学体系下算出的光谱按序拟合,可以得到耦合系统的具体参数,如点腔耦合强度g,腔模衰减率κ等。应用这些参数进一步对系统进行定量分析,发现锐利度更高的结构其g/κ的比值更大,因而验证了上述定性结论。此外,在耦合系统的光谱上观察到的拉比分裂及反交叉现象表明该系统中量子点与金属微纳结构之间存在强相互作用。2.增益辅助的量子点-金属半椭球二聚体耦合系统的光学特性研究。为了进一步增强点腔之间的耦合强度,在量子点与金属微纳结构的表面添加了一层增益介质。研究表明,增益介质与金属材料之间的动态补偿可以有效提高局域表面等离激元模式的品质因子,并使光场更集中于二聚体的中心位置,即量子点所在区域。选取合适的增益系数,最高可使腔模的品质因子提升两百倍,整个系统从弱耦合(无增益)跨入强耦合区域,同时腔内光子变为亚泊松统计,零延迟二阶自相干函数从1.01降至0.356。此外,该设计还具有较好的鲁棒性,即在一定的点腔失谐条件下,腔内依旧能有亚泊松光产生。