中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)首次實(shí)現(xiàn)集成光學(xué)定向放大器

近日，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)在非互易光子器件研究方面取得重要進(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5月4日在線發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然通訊》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、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)。

該科研團(tuán)隊(duì)在前期實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了回音壁模式微腔中腔光力的非互易特性的基礎(chǔ)上，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改變控制光來實(shí)現(xiàn)任意切換。該器件結(jié)構(gòu)簡單，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。