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清華大學(xué)研制以外紅光操控的非互易多功能中子集成電路

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2021-06-20  來(lái)源:儀器網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):48
核心提示:中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在非互易光子器件研究方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的董春華研究組首次利用回音壁模式微腔中腔光力的非互易特性,實(shí)現(xiàn)了全光控制的非互易多功能光子器件,并首次實(shí)現(xiàn)集成光學(xué)定向放大器。該成果于5月4日在線發(fā)

  中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在非互易光子器件研究方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的董春華研究組首次利用回音壁模式微腔中腔光力的非互易特性,實(shí)現(xiàn)了全光控制的非互易多功能光子器件,并首次實(shí)現(xiàn)集成光學(xué)定向放大器。該成果于5月4日在線發(fā)表在國(guó)際期刊《自然-通訊》(Nature Communications)上。

  光在一般介質(zhì)中具有雙向傳輸?shù)幕ヒ仔?,而打破這種互易性,即實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳輸方向的非互易性,在經(jīng)典和量子信息處理中具有重要意義。光環(huán)形器、隔離器、定向放大器等是典型的非互易器件。其中光環(huán)形器允許光以“環(huán)形”的方式傳輸,可用于光源保護(hù)、精密測(cè)量,這種功能還可實(shí)現(xiàn)經(jīng)典或量子計(jì)算或通訊中信號(hào)的雙向處理,有利于提高信道容量與降低功耗。定向放大器也已經(jīng)被證明在基于超導(dǎo)回路的量子計(jì)算中具有重要意義。最常見(jiàn)的光學(xué)非互易器件主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng),但在器件集成化方面卻面臨著挑戰(zhàn),難點(diǎn)包括磁光材料與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料不匹配、需要外加強(qiáng)磁場(chǎng)、在光頻范圍內(nèi)磁光材料具有很高的傳輸損耗等。因此全光控制的片上光環(huán)形器、隔離器以及定向放大器一直是研究的熱點(diǎn)。

  2016年該研究組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了回音壁模式微腔中腔光力的非互易特性[Nature Photonics 10, 657-661 (2016)]。在此基礎(chǔ)上,研究組利用單個(gè)光力微腔與雙波導(dǎo)耦合的體系,實(shí)現(xiàn)了多功能的光子器件,包括窄帶濾波器,具有非互易功能的四端口光環(huán)形器與定向放大器,并且這些功能模式可以通過(guò)改變控制光來(lái)實(shí)現(xiàn)任意切換。對(duì)于環(huán)形器而言,從端口1入射的信號(hào)光從端口2出射,從端口2入射的信號(hào)光從端口3出射,依此類(lèi)推,構(gòu)成1-2-3-4-1的環(huán)形路徑,當(dāng)只關(guān)注端口1和2時(shí),它也是一個(gè)高效的光隔離器;對(duì)于定向放大器,從端口1入射的信號(hào)光被放大后從端口2出射,但從端口2入射的信號(hào)光從端口3出射,而不會(huì)從端口1出射,因此在1-2的方向上具有定向放大的功能。該器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,原理具有普適性,甚至可實(shí)現(xiàn)單光子水平的光環(huán)形器,同時(shí)可推廣到任一具有行波模式的光力學(xué)體系,包括微波超導(dǎo)器件和集成聲學(xué)器件。

  助理研究員沈鎮(zhèn)、博士后張延磊、博士研究生陳元為該論文的共同第一作者,董春華、鄒長(zhǎng)鈴、孫方穩(wěn)為通訊作者。上述研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。

基于腔光力學(xué)的環(huán)形器與定向放大器示意圖


 
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