【儀表網 研發快訊】近日，北京量子信息科學研究院(以下簡稱“量子院”)袁之良團隊聯合中國科學院空天信息創新研究院、中國科學院半導體所，成功研制出一種基于各向異性狄拉克腔的高偏振單光子源。該新型單光子源利用具有顯著品質因子差異的正交偏振腔模，實現了超過99%的線性偏振度，并在低Purcell因子條件下展現出優異的偏振魯棒性和單光子純度。2026年2月18日，該研究成果以“各向異性狄拉克腔中偏振單光子的發射”(Polarized Single-Photon Emission from an Anisotropic Dirac Cavity)為題發表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)，并入選Editors' Suggestion。
高純度、確定性的偏振單光子是量子通信、量子計算和量子計量等領域的核心資源。傳統方法通過橢圓或雙折射微腔實現偏振選擇性Purcell增強，但往往要求腔模具備高Purcell因子和顯著的模式分裂，且對量子點的光譜和空間位置極為敏感。該研究首次提出并實現了一種基于各向異性狄拉克光子晶體腔的新型偏振單光子源。該腔支持兩個正交偏振的偶極模，其品質因子相差一個數量級以上，顯著區別于傳統微腔設計。
通過將單個半導體量子點耦合至該腔的高Q模式，研究團隊實驗上實現了g(2)(0)低至0.028、線性偏振度高達99.1%的單光子發射。值得注意的是，即使量子點發射波長偏離腔共振達3nm，仍能保持約99%的偏振度，展現出優異的腔點耦合波長容忍性。此外，該偏振單光子源還具有垂直出射的近高斯遠場，模擬顯示其單光子收集效率可達92.7%。進一步優化設計表明，即使在模式簡并條件下該方案仍可實現高達33.5倍的Purcell因子對比度，為消除交叉偏振共振熒光中的效率瓶頸和抑制多光子事件提供了全新路徑。
該論文第一作者為量子院博士后冒芯蕊，通訊作者為量子院助理研究員吳邦、首席科學家袁之良，中國科學院空天信息創新研究院博士后王少雷，中國科學院半導體所博士后劉汗青。其他合作者還包括量子院工程師冀偉杰、中國科學院空天信息創新研究院研究員李王哲、中國科學院半導體所研究員倪海橋和牛智川。該工作得到國家自然科學基金、北京市自然科學基金、中國博士后科學基金、國家重點研發計劃等項目的支持。
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