[發(fā)明專利]一種單光子隔離器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911184166.2
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110850608A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹志軍;唐磊;許志城
• 申請（專利權(quán)）人: 南京南智先進(jìn)光電集成技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09;G02F1/00;G02F1/01
• 代理公司: 北京弘權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請實施例公開了一種單光子隔離器，包括直線波導(dǎo)、環(huán)形微腔以及量子點，其中，量子點的躍遷頻率與環(huán)形微腔的共振頻率一致。當(dāng)單光子從直線波導(dǎo)的正向端口入射時，被引入環(huán)形微腔內(nèi)，在環(huán)形微腔內(nèi)以逆時針回音壁方式進(jìn)行傳播，并形成右旋圓偏振光，與量子點發(fā)生耦合之后，從直線波導(dǎo)的反向端口射出。當(dāng)單光子從直線波導(dǎo)的反向端口入射時，被引入環(huán)形微腔內(nèi)，在環(huán)形微腔內(nèi)以順時針回音壁方式進(jìn)行傳播，并形成左旋圓偏振光，與量子點不會發(fā)生耦合，進(jìn)而被隔離，不會從直線波導(dǎo)的正向端口射出。本申請實施例公開的單光子隔離器，無需在單光子隔離器中加入用于對原子進(jìn)行控制的磁場裝置和進(jìn)行冷卻的激光裝置，有效降低了單光子隔離器的復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及光隔離器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單光子隔離器。

背景技術(shù)

光隔離器作為一種對光的方向進(jìn)行限制，使光只能單方向傳輸?shù)墓鈱W(xué)器件，在光通信和光學(xué)精密測量系統(tǒng)中具有重要的作用。

目前常用的光隔離器主要利用法拉第旋光效應(yīng)，通過在磁光介質(zhì)中施加強(qiáng)磁場改變其中傳輸?shù)墓獾钠駚韺崿F(xiàn)，需要提供強(qiáng)磁場的裝置，其尺寸大，不利于芯片集成。另外，也可以利用波導(dǎo)或者微腔的非線性光學(xué)效應(yīng)，來實現(xiàn)對光的隔離。波導(dǎo)或者微腔的非線性效應(yīng)需要很強(qiáng)的光強(qiáng)來激發(fā)，對于單個光子來說，由于其光強(qiáng)不足以激發(fā)波導(dǎo)或者微腔的非線性效應(yīng)，因此，這種光隔離器，僅能實現(xiàn)對光束的隔離，而且不能作為單光子隔離器，對單個光子的傳輸方向進(jìn)行限定。

為實現(xiàn)對單個光子的傳輸方向進(jìn)行限定，常利用冷原子與波導(dǎo)的相互作用，使單光子從波導(dǎo)的正向端口入射時能夠正常傳輸，從波導(dǎo)的反向端口入射時被隔離。實際應(yīng)用中，需要預(yù)先使用激光裝置對銣原子進(jìn)行冷卻形成冷原子。然而在單光子隔離器中加入用于對銣原子進(jìn)行冷卻的激光裝置，將會使單光子隔離器的復(fù)雜度大大增加。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決單光子隔離器復(fù)雜度較高的問題，本申請通過以下實施例公開一種單光子隔離器。

本申請公開的一種單光子隔離器，包括：直線波導(dǎo)、環(huán)形微腔以及量子點；

所述直線波導(dǎo)以及所述環(huán)形微腔設(shè)置在光子晶體層中，所述環(huán)形微腔位于所述直線波導(dǎo)的一側(cè)；

所述直線波導(dǎo)用于當(dāng)單光子從所述直線波導(dǎo)的正向端口入射時，將所述單光子引入所述環(huán)形微腔內(nèi)，使所述單光子在所述環(huán)形微腔內(nèi)以逆時針回音壁方式進(jìn)行傳播時，在所述環(huán)形微腔內(nèi)的特定位置處形成右旋圓偏振光；還用于當(dāng)所述單光子從直線波導(dǎo)的反向端口入射時，將所述單光子引入所述環(huán)形微腔內(nèi)，使所述單光子在所述環(huán)形微腔內(nèi)以順時針回音壁方式進(jìn)行傳播時，在所述特定位置處形成左旋圓偏振光；

所述量子點設(shè)置在所述環(huán)形微腔內(nèi)，位于所述特定位置處；

所述量子點的躍遷頻率與所述環(huán)形微腔的共振頻率一致，用于當(dāng)所述單光子從所述正向端口入射時，與所述右旋圓偏振光發(fā)生耦合，且當(dāng)所述單光子從所述反向端口入射時，不與所述左旋圓偏振光發(fā)生耦合。

可選的，所述光子晶體層為砷化鎵晶體層，所述光子晶體層的厚度為0.22微米；

所述光子晶體層設(shè)置有周期性排列的空氣孔柱，每一個所述空氣孔柱的半徑為0.16微米，高為0.22微米；

所述空氣孔柱在X方向上的排列周期為0.44微米，在Y方向上的排列周期為0.762微米。

可選的，所述直線波導(dǎo)的寬度為0.442微米；

所述環(huán)形微腔的外半徑為0.801微米，內(nèi)半徑為0.4微米；

所述直線波導(dǎo)的中心軸與所述環(huán)形微腔外圓之間的最近距離為0.5408微米。

可選的，所述環(huán)形微腔的共振頻率與所述量子點的躍遷頻率皆為2π×244.5THz。

可選的，所述量子點為砷化銦量子點；