光(guang)(guang)(guang)(guang)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)網絡(luo)(luo)近年來在(zai)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)信息處理(li)和(he)傳輸領域中得到了(le)廣泛的(de)(de)(de)(de)關注(zhu)。光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)作為(wei)飛行量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比特，具有(you)(you)相干時間長、傳播距離遠、易于操縱和(he)檢測等(deng)優點(dian)，可以通過連(lian)接靜態(tai)比特（如量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)點(dian)）實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)點(dian)-光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)接口，從而(er)(er)構建可擴展的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)網絡(luo)(luo)。為(wei)了(le)實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)有(you)(you)效的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)與(yu)物質相互(hu)作用(yong)，需要(yao)增(zeng)強光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)發射器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)耦(ou)合(he)(he)，而(er)(er)手(shou)(shou)性(xing)(xing)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)學則(ze)為(wei)這(zhe)(zhe)種強耦(ou)合(he)(he)的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)提供了(le)一種新穎的(de)(de)(de)(de)思路。在(zai)微納結構中，基于偏振偶(ou)極躍遷的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)點(dian)發射器(qi)(qi)可以實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)與(yu)束(shu)縛(fu)光(guang)(guang)(guang)(guang)場單(dan)向性(xing)(xing)耦(ou)合(he)(he)，利用(yong)這(zhe)(zhe)種手(shou)(shou)性(xing)(xing)效應(ying)可以抑(yi)制發射光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)隨機性(xing)(xing)，從而(er)(er)實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)單(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)級別的(de)(de)(de)(de)手(shou)(shou)性(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)與(yu)物質的(de)(de)(de)(de)強耦(ou)合(he)(he)。目前，在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖、波導、金(jin)屬界面等(deng)體系中已(yi)經(jing)有(you)(you)了(le)一些微納尺(chi)度的(de)(de)(de)(de)手(shou)(shou)性(xing)(xing)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)學器(qi)(qi)件。然(ran)而(er)(er)這(zhe)(zhe)些器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)功能(neng)較為(wei)簡單(dan)，集(ji)成度較低，無法滿足光(guang)(guang)(guang)(guang)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)網絡(luo)(luo)的(de)(de)(de)(de)集(ji)成度要(yao)求。因此為(wei)了(le)實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)高度集(ji)成的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)網絡(luo)(luo)，亟需進一步(bu)提升手(shou)(shou)性(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)功能(neng)性(xing)(xing)和(he)復雜性(xing)(xing)。

       近(jin)期，中(zhong)國科學院物(wu)理研(yan)究(jiu)所(suo)/北京凝(ning)聚態物(wu)理國家研(yan)究(jiu)中(zhong)心光物(wu)理實(shi)驗(yan)室L02組(zu)(zu)博士生肖姍(shan)、研(yan)究(jiu)員(yuan)許秀來和(he)(he)L03組(zu)(zu)研(yan)究(jiu)員(yuan)金奎(kui)娟與納米物(wu)理與器件實(shi)驗(yan)室N09組(zu)(zu)研(yan)究(jiu)員(yuan)張建軍、副研(yan)究(jiu)員(yuan)王霆等合(he)作，在手(shou)性(xing)光子(zi)(zi)器件研(yan)究(jiu)中(zhong)取得(de)進(jin)展。他們前期在耦合(he)單量(liang)子(zi)(zi)點(dian)的(de)交(jiao)叉波(bo)(bo)導(dao)中(zhong)實(shi)現了(le)(le)位置依賴的(de)手(shou)性(xing)耦合(he)，使(shi)得(de)交(jiao)叉波(bo)(bo)導(dao)具有偏振確(que)定的(de)單向(xiang)波(bo)(bo)導(dao)和(he)(he)分(fen)束(shu)器的(de)雙重功(gong)(gong)能。相關(guan)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)發(fa)表(biao)在Applied Physics Letters上。近(jin)日(ri)，他們又設計并(bing)(bing)制備了(le)(le)用于(yu)實(shi)現確(que)定性(xing)圓(yuan)偏振光定向(xiang)路由和(he)(he)分(fen)束(shu)功(gong)(gong)能的(de)緊(jin)湊手(shou)性(xing)光子(zi)(zi)器件，集(ji)成(cheng)了(le)(le)量(liang)子(zi)(zi)點(dian)作為量(liang)子(zi)(zi)光源，并(bing)(bing)觀測到了(le)(le)圓(yuan)偏振光子(zi)(zi)的(de)定向(xiang)發(fa)射和(he)(he)分(fen)束(shu)，獲得(de)的(de)手(shou)性(xing)對比度高達0.84。相關(guan)成(cheng)果(guo)發(fa)表(biao)在Laser & Photonics Reviews上。

       在納米(mi)光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)導(dao)中(zhong)，光(guang)(guang)(guang)場(chang)(chang)受(shou)到了強(qiang)橫(heng)向束(shu)縛(fu)，產生(sheng)沿著(zhu)傳(chuan)播(bo)方(fang)向的(de)(de)(de)(de)縱向場(chang)(chang)分(fen)量(liang)，從而(er)形成局部圓偏(pian)振(zhen)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)場(chang)(chang)分(fen)布(bu)。由(you)于光(guang)(guang)(guang)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)局部圓偏(pian)振(zhen)態與(yu)(yu)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播(bo)方(fang)向耦合(he)形成光(guang)(guang)(guang)子(zi)自(zi)旋(xuan)-動量(liang)鎖定效應，自(zi)旋(xuan)極化的(de)(de)(de)(de)量(liang)子(zi)發(fa)射(she)(she)器只能與(yu)(yu)其中(zhong)一個傳(chuan)播(bo)方(fang)向的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)場(chang)(chang)偏(pian)振(zhen)相匹配(pei)，形成光(guang)(guang)(guang)子(zi)的(de)(de)(de)(de)定向發(fa)射(she)(she)，從而(er)實(shi)現確定性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)自(zi)旋(xuan)-光(guang)(guang)(guang)子(zi)接(jie)口(kou)。通過電(dian)磁(ci)(ci)仿真對量(liang)子(zi)點(dian)(dian)(dian)與(yu)(yu)波(bo)(bo)導(dao)的(de)(de)(de)(de)耦合(he)強(qiang)度與(yu)(yu)嵌(qian)(qian)入(ru)位置(zhi)的(de)(de)(de)(de)優化，研(yan)究(jiu)人員制備了多種(zhong)含量(liang)子(zi)點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)導(dao)器件。利(li)用空(kong)間選(xuan)擇性(xing)(xing)(xing)微(wei)區熒光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)譜的(de)(de)(de)(de)測量(liang)，研(yan)究(jiu)人員觀(guan)測到了量(liang)子(zi)點(dian)(dian)(dian)躍(yue)遷輻射(she)(she)的(de)(de)(de)(de)不同(tong)圓偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)(guang)在波(bo)(bo)導(dao)內向不同(tong)方(fang)向傳(chuan)播(bo)。利(li)用這種(zhong)波(bo)(bo)導(dao)結(jie)構，他(ta)們進一步設計了手(shou)性(xing)(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)子(zi)分(fen)束(shu)器（圖2）。該結(jie)構由(you)兩個橫(heng)向相鄰的(de)(de)(de)(de)GaAs納米(mi)梁波(bo)(bo)導(dao)和嵌(qian)(qian)入(ru)的(de)(de)(de)(de)自(zi)組裝(zhuang)InGaAs量(liang)子(zi)點(dian)(dian)(dian)構成，其中(zhong)手(shou)性(xing)(xing)(xing)路由(you)來源于波(bo)(bo)導(dao)內部固有的(de)(de)(de)(de)電(dian)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)手(shou)性(xing)(xing)(xing)，而(er)分(fen)束(shu)功(gong)能則是通過波(bo)(bo)導(dao)間的(de)(de)(de)(de)倏逝(shi)場(chang)(chang)耦合(he)實(shi)現。在該器件中(zhong)實(shi)現了確定性(xing)(xing)(xing)、高方(fang)向性(xing)(xing)(xing)圓偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)(guang)子(zi)的(de)(de)(de)(de)定向發(fa)射(she)(she)和分(fen)束(shu)，手(shou)性(xing)(xing)(xing)對比(bi)度高達0.84

圖1.納米梁波導中的(de)手性(xing)。(a)嵌入InGaAs量(liang)子(zi)點(dian)的(de)GaAs納米梁波導示(shi)意(yi) (b)波導橫截(jie)面(mian)上(shang)電場分布 (c)耦合(he)效率和手性(xing)對比度(du)隨偶極子(zi)位置(zhi)的(de)變(bian)化 (d)施加(jia)-7 T到(dao)7 T的(de)磁場，從左右兩側光柵耦合(he)器分別收(shou)集到(dao)的(de)量(liang)子(zi)點(dian)的(de)圓極化熒光光譜

圖2.手(shou)(shou)性光子分束器件的(de)設計 (a)手(shou)(shou)性光子器件示意圖 (b)嵌(qian)入波導(dao)手(shou)(shou)性點處(chu)的(de)兩(liang)個不同圓極(ji)化偶(ou)極(ji)子激勵源激發的(de)波導(dao)模場分布 (c)和(d)波導(dao)間距(ju)為30 nm和50 nm時，手(shou)(shou)性對比(bi)度(du)隨偶(ou)極(ji)子位置的(de)變(bian)化

圖3.不同手(shou)性光(guang)(guang)子(zi)電路(lu)中具(ju)有確定性自旋(xuan)傳(chuan)輸(shu)手(shou)性行為(wei)的(de)實驗(yan)結果 （a）和（b）左(zuo)(zuo)旋(xuan)圓偏振(zhen)光(guang)(guang)從(cong)左(zuo)(zuo)側兩(liang)個(ge)光(guang)(guang)柵(zha)耦(ou)(ou)合(he)器(qi)(qi)輸(shu)出，右旋(xuan)圓偏振(zhen)光(guang)(guang)從(cong)右側兩(liang)個(ge)光(guang)(guang)柵(zha)耦(ou)(ou)合(he)器(qi)(qi)輸(shu)出 （c）和（d）改變量(liang)子(zi)點(dian)的(de)位置(zhi)后，特定圓偏振(zhen)光(guang)(guang)子(zi)從(cong)與上(shang)述相反方向的(de)傳(chuan)輸(shu)路(lu)徑輸(shu)出，即(ji)左(zuo)(zuo)旋(xuan)圓偏振(zhen)光(guang)(guang)從(cong)右側兩(liang)個(ge)光(guang)(guang)柵(zha)耦(ou)(ou)合(he)器(qi)(qi)輸(shu)出，右旋(xuan)圓偏振(zhen)光(guang)(guang)從(cong)左(zuo)(zuo)側兩(liang)個(ge)光(guang)(guang)柵(zha)耦(ou)(ou)合(he)器(qi)(qi)輸(shu)出。

該工作得到國家自然科學基金、廣東省重點研發項目、中科院戰略性先導科技專項（B類）、中科院科研儀器設備研制項目和中科院創新交叉團隊的支持。

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