腔量子电动力学主要研究的是腔光子与量子发射体之间的相互作用,它在量子信息处理和光学器件等方向都有广泛的应用。为了研究腔量子电动力学,一方面需要具有优良量子特性的量子发射体,另一方面需要具有高品质因子和小模式体积的光学腔。其中自组织生长量子点具有优良的光学特性,在激光、单光子源、纠缠光子源、量子比特等应用方面都有着突出的优势;而光子晶体腔具有高品质因子和小模式体积,可以大大增强光与物质的相互作用。它们的耦合体系可以用来提高光学器件性能以及实现片上集成光学网络。但是传统的光子晶体腔容易受到缺陷、微扰等的影响,这限制了它的规模化应用。拓扑光子学的兴起为光的操控提供了更加鲁棒的方式,它利用拓扑的概念来控制光的行为,而拓扑是与能带整体的性质有关,因此具有对局部缺陷、微扰的鲁棒性。比如拓扑边界态具有鲁棒的单向传输性,并且被证明在单向波导、激光、手性量子界面等应用上具有更加鲁棒的特性。但是目前拓扑光子学的应用研究仍集中在拓扑边界态上,对于拓扑腔的研究较少。本论文主要研究了拓扑光子晶体腔与量子点的相互作用,主要研究内容和结果如下:1.设计并制备了具有高品质因子和低模式体积的拓扑光子晶体腔。基于广义二维Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型,设计了二阶拓扑光子晶体和平庸光子晶体。根据体边角对应关系,在这两种拓扑性质不同的光子晶体边界上存在零维拓扑角态和一维拓扑边界态,其中角态具有低模式体积,可作为拓扑腔的模式,并且通过调节两种光子晶体结构之间的间隙,角态的品质因子得到了进一步优化。然后将该拓扑腔制备到了含有量子点的Ga As平板上,并研究了其光学性质,为之后研究拓扑角态与量子点的相互作用打下了基础。2.实现了拓扑角态对单量子点的Purcell增强。在低点密度的拓扑腔上,研究了单量子点与拓扑腔的相互作用,观测到了共振时量子点荧光强度与自发辐射速率的增强,证明了拓扑腔与单量子点的弱耦合。该结果证明了拓扑腔在腔量子电动力学研究方面的前景。同时,这种耦合体系可用于优化光学器件的性能,比如实现低阈值激光、高效单光子源等。3.从实验上证明了高性能的拓扑角态激光。在高点密度的腔上,实现了基于拓扑角态的拓扑激光,它同时具有高能效和低阈值,其阈值约为1μW,该阈值要比目前大部分的一维拓扑边界激光小约三个数量级。拓扑角态激光的实现将拓扑光子学的应用尺寸降低到了纳米量级,同时也证明了该拓扑腔在拓扑纳米光学器件的发展方面具有广阔的应用前景。4.在上述工作的基础上,从实验和理论两方面进一步研究了拓扑角态的优化和鲁棒性。除了改变两种光子晶体结构之间的间隙外,我们还可以通过调节角处近邻空气孔的位置和大小来优化角态的品质因子。而且通过表面钝化处理可以进一步优化实验制备结果,得到更高的品质因子,最高可达6000。同时我们还系统地研究了拓扑角态对体缺陷、边界缺陷以及角缺陷的鲁棒性。该结果为拓扑角态的进一步应用拓宽了道路。5.基于拓扑慢光谷边界模式提出了一种拓扑慢光腔,它可用来实现宽带增强。利用谷光子晶体的胡须型边界,实现了拓扑慢光谷边界模式,其群折射率最高可达106,并且它们具有更高的Purcell因子。从理论和实验结果中,我们均观测到了具有胡须型边界的拓扑腔在很宽的光谱范围内出现了非常密集的高品质因子腔模,并证明了这种腔可以同时实现高Purcell因子和宽带增强,这在实现高效单光子源、纠缠光子源等方面有着突出优势,而且该拓扑腔通过与拓扑波导集成,可实现单量子点的手性传输。该结果证明了该拓扑慢光腔在片上集成光学网络方面的应用前景。