近日，中山大學(xué)物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王雪華教授和廖澤陽副教授研究團(tuán)隊(duì)最近提出原子尺度光子偏振調(diào)控器的實(shí)現(xiàn)方案，它可在光子芯片上對(duì)光子偏振實(shí)現(xiàn)按需的操控，為構(gòu)建高密度信息編碼和信息處理的光量子集成芯片奠定了理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“Atomic-Scale On-Demand Photon Polarization Manipulation with High Efficiency for Integrated Photonic Chips”為題于2025年2月27日發(fā)表在物理學(xué)的頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》上。

光子具有多自由度編碼、長相干時(shí)間和超快傳輸速度等優(yōu)點(diǎn)，成為理想的信息載體。光子集成芯片具有高穩(wěn)定性、高可擴(kuò)展性、微型化以及高移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到廣泛的關(guān)注。偏振是光子信息編碼的最重要資源，但在光子芯片上對(duì)光子的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)按需的任意調(diào)控一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。基于雙折射晶體或者法拉第磁光效應(yīng)等方法的傳統(tǒng)偏振極化器一般體積較大，很難片上集成。盡管溫控折射率調(diào)控等方法被提出用于片上實(shí)現(xiàn)光子偏振的轉(zhuǎn)化調(diào)控，但是整個(gè)結(jié)構(gòu)的體積仍然較大，且響應(yīng)速度較慢。為克服這一重大挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)提出一種片上光子偏振調(diào)控的量子光學(xué)新方法：將一個(gè)三能級(jí)量子輻射子（原子或分子或量子點(diǎn)）集成于光波導(dǎo)中，使其與兩個(gè)正交偏振波導(dǎo)模相互作用，并通過外部相干光場進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入光子偏振的按需轉(zhuǎn)化。該方法具有以下突出優(yōu)勢：首先，偏振轉(zhuǎn)換器是原子尺度，非常有利于片上集成；其次，通過調(diào)節(jié)外部相干驅(qū)動(dòng)場的頻率和強(qiáng)度，可以在寬帶范圍內(nèi)按需操控偏振轉(zhuǎn)換，而無需改變結(jié)構(gòu),且響應(yīng)速度快；第三，由于類電磁感應(yīng)透明（EIT-like）效應(yīng)，該方法具有良好的抗耗散能力和高轉(zhuǎn)換效率。該工作為實(shí)現(xiàn)片上光子偏振編碼和按需調(diào)控提供了一種有效的解決方案，將推動(dòng)高密度信息編碼和信息處理光量子集成芯片的發(fā)展。

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片上可集成按需確定性任意光子偏振調(diào)控理論方案

中山大學(xué)為該成果的第一署名單位，中山大學(xué)物理學(xué)院路云寧博士后為論文第一作者（現(xiàn)就職于安徽工業(yè)大學(xué)），王雪華教授與廖澤陽副教授為論文共同通訊作者。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等的大力支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.083601