中大新聞網訊(通訊員雷世菁) 中山大學物理學院、光電材料與技術國家重點實驗室王雪華教授和廖澤陽副教授研究團隊最近提出原子尺度光子偏振調控器的實現方案，它可在光子芯片上對光子偏振實現按需的操控，為構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。相關研究成果以“Atomic-Scale On-Demand Photon Polarization Manipulation with High Efficiency for Integrated Photonic Chips”為題于2025年2月27日發表在物理學的頂級期刊《Physical Review Letters》上。
光子具有多自由度編碼、長相干時間和超快傳輸速度等優點，成為理想的信息載體。光子集成芯片具有高穩定性、高可擴展性、微型化以及高移動性等優點，近年來受到廣泛的關注。偏振是光子信息編碼的最重要資源，但在光子芯片上對光子的偏振態實現按需的任意調控一直是一個巨大的挑戰。基于雙折射晶體或者法拉第磁光效應等方法的傳統偏振極化器一般體積較大，很難片上集成。盡管溫控折射率調控等方法被提出用于片上實現光子偏振的轉化調控，但是整個結構的體積仍然較大，且響應速度較慢。為克服這一重大挑戰，該團隊提出一種片上光子偏振調控的量子光學新方法：將一個三能級量子輻射子（原子或分子或量子點）集成于光波導中，使其與兩個正交偏振波導模相互作用，并通過外部相干光場進行調控，從而實現對輸入光子偏振的按需轉化。該方法具有以下突出優勢：首先，偏振轉換器是原子尺度，非常有利于片上集成；其次，通過調節外部相干驅動場的頻率和強度，可以在寬帶范圍內按需操控偏振轉換，而無需改變結構,且響應速度快；第三，由于類電磁感應透明（EIT-like）效應，該方法具有良好的抗耗散能力和高轉換效率。該工作為實現片上光子偏振編碼和按需調控提供了一種有效的解決方案，將推動高密度信息編碼和信息處理光量子集成芯片的發展。
片上可集成按需確定性任意光子偏振調控理論方案
中山大學為該成果的第一署名單位，中山大學物理學院路云寧博士后為論文第一作者（現就職于安徽工業大學），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研發計劃項目、國家自然科學基金項目、廣東省重點領域研發計劃項目等的大力支持。
