我國科學(xué)家在集成光子芯片上實(shí)現(xiàn)人工合成非線性效應(yīng)
?bào)記者吳長鋒記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)鄒長鈴、李明研究組提出人工合成光學(xué)非線性過程的通用辦法，在集成芯片微腔中實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到高效率的合成高階非線性過程，并展示了其在跨波段量子糾纏光源中的應(yīng)用潛力。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于@深圳都市網(wǎng) 原文學(xué)習(xí)戳→&content=utf-8&pic=http://92xc.com.cn/uploads/images/default/default.png "分享到新浪微博")
科技日?qǐng)?bào)記者吳長鋒
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)鄒長鈴、李明研究組提出人工合成光學(xué)非線性過程的通用辦法，在集成芯片微腔中實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到高效率的合成高階非線性過程，并展示了其在跨波段量子糾纏光源中的應(yīng)用潛力。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。
關(guān)于量子信息處理來講，激光是實(shí)現(xiàn)量子糾纏光源以及量子邏輯門操作的核心元素。但是受限于材料非線性極化率隨階數(shù)呈指數(shù)衰減這一本征屬性，人們對(duì)光學(xué)非線性的應(yīng)用要緊局限于二階和三階過程，多個(gè)光子并且參與的高階過程很少被研究。利用集成光子芯片上的微納光學(xué)結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)光子間的非線性相互作用，這差不多成為目前國際上集成光學(xué)與非線性光學(xué)方向的研究熱點(diǎn)。然而在集成光子芯片上實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到階次大于三的高效率非線性效應(yīng)還是極具挑戰(zhàn)。
針對(duì)該難題，李明等人另辟蹊徑，提出一種新穎的非線性過程人工合成理論，即利用材料固有的較強(qiáng)的二階、三階等低階效應(yīng)，經(jīng)過人工調(diào)控多個(gè)低階過程級(jí)聯(lián)形成的非線性光學(xué)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)任意形式、任意階次的光子非線性相互作用。這種辦法避免了在原子尺度去修飾材料的非線性響應(yīng)，而僅需要操縱微納器件的幾何結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)高效率、可重構(gòu)的高階非線性過程。利用集成的氮化鋁光學(xué)微腔，該團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上并且操控二階的和頻過程和三階的四波混頻過程，合成了更高階的四階非線性過程。實(shí)驗(yàn)證明，該人工合成的過程比材料固有的四階非線性效應(yīng)強(qiáng)500倍以上。假如進(jìn)一步提升微腔的品質(zhì)因子，該增強(qiáng)倍數(shù)可達(dá)1000萬以上。
該團(tuán)隊(duì)將人工合成的四階非線性應(yīng)用于產(chǎn)生跨可見-通信波段的量子糾纏光源。經(jīng)過測(cè)量跨波段光子間的時(shí)刻-能量糾纏驗(yàn)證了人工合成過程的相干性。相比于傳統(tǒng)跨波段量子糾纏光源的產(chǎn)生辦法，該工作極大降低了相位匹配的困難，同時(shí)僅需要通信波段單一泵浦激光，展現(xiàn)了人工合成非線性過程的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。
（中國科大供圖）
來源：中國科技網(wǎng)