宽带增强依赖于以精确角度倾斜的双曲超材料

时间：2021-09-20 19:52:06 来源：

倾斜双曲线超材料对片上单光子提取的宽带增强。量子发射器的位置非常靠近双曲线超材料，该双材料的光轴相对于纳米纤维的端面倾斜。

研究人员使用双曲超材料从光纤以精确的角度倾斜来开发量子光子学原型。

量子光子学涉及一种依靠光子（光的基本粒子）的新型技术。这些光子可能会在很长的距离上携带量子信息位。如果光子源可以放置在单个芯片上并以高速率产生光子，则可以实现高速量子通信或信息处理，这将是信息技术的重大进步。

在上周由AIP Publishing发行的《应用物理评论》中，提出了一种使用一种称为双曲线超材料的材料的简单片上光子源。研究人员进行了计算，结果表明，使用双曲线超材料以精确方式布置的原型可以克服效率低下的问题，并允许片上光子源具有较高的重复率。

直到最近，单光子源通常是由半导体中的自组装量子点或具有结构缺陷的材料（如金刚石）制成的。然而，由这种材料以高速率产生单光子是困难的。已经尝试了解决该问题的一些方法，但是到目前为止，结果受到带宽窄和效率低的困扰。

解决这些问题的另一种方法是对光子源使用特殊的材料，例如超材料。超材料是金属和介电层的堆叠，其结构水平远小于所用光的波长。当形成诸如纳米线之类的形状时，它们表现出不寻常的光学特性。流经该材料的电子建立起称为表面等离激元的集体振荡，从而产生局部电磁场。

双曲超材料是这些超材料的高度各向异性的版本。他们以多种方式操纵光。例如，它们可以收缩光的波长，并允许光在一个方向上自由传播，而在另一方向上停止。

研究人员为他们的片上光子源提出了一种几何形状，其中双曲线超材料相对于附近的用于传输发射光子的纳米纤维的端面以精确的角度倾斜。通过仔细选择倾斜角度，可以抑制与光纤的界面处的光反射。

该小组的计算表明，这种简单的几何布置应克服这些材料以前的局限性。

合著者Lian Shen表示：“我们的工作代表了朝着实现片上量子网络具有高重复率的宽光谱单光子源迈出的重要一步。”

参考：沉联，林晓，Mikhail Shalaginov，Tony Low，张宪民，张百乐和陈宏胜，“通过倾斜双曲线超材料对芯片进行单光子提取的宽带增强”，2020年5月5日，应用物理评论。DOI：
10.1063/1.5141275

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