一种单光子隔离器制造技术

技术编号:24326972 阅读:55 留言:0更新日期:2020-05-29 18:22
本申请实施例公开了一种单光子隔离器,包括直线波导、环形微腔以及量子点,其中,量子点的跃迁频率与环形微腔的共振频率一致。当单光子从直线波导的正向端口入射时,被引入环形微腔内,在环形微腔内以逆时针回音壁方式进行传播,并形成右旋圆偏振光,与量子点发生耦合之后,从直线波导的反向端口射出。当单光子从直线波导的反向端口入射时,被引入环形微腔内,在环形微腔内以顺时针回音壁方式进行传播,并形成左旋圆偏振光,与量子点不会发生耦合,进而被隔离,不会从直线波导的正向端口射出。本申请实施例公开的单光子隔离器,无需在单光子隔离器中加入用于对原子进行控制的磁场装置和进行冷却的激光装置,有效降低了单光子隔离器的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种单光子隔离器
本申请涉及光隔离器
,尤其涉及一种单光子隔离器。
技术介绍
光隔离器作为一种对光的方向进行限制,使光只能单方向传输的光学器件,在光通信和光学精密测量系统中具有重要的作用。目前常用的光隔离器主要利用法拉第旋光效应,通过在磁光介质中施加强磁场改变其中传输的光的偏振来实现,需要提供强磁场的装置,其尺寸大,不利于芯片集成。另外,也可以利用波导或者微腔的非线性光学效应,来实现对光的隔离。波导或者微腔的非线性效应需要很强的光强来激发,对于单个光子来说,由于其光强不足以激发波导或者微腔的非线性效应,因此,这种光隔离器,仅能实现对光束的隔离,而且不能作为单光子隔离器,对单个光子的传输方向进行限定。为实现对单个光子的传输方向进行限定,常利用冷原子与波导的相互作用,使单光子从波导的正向端口入射时能够正常传输,从波导的反向端口入射时被隔离。实际应用中,需要预先使用激光装置对铷原子进行冷却形成冷原子。然而在单光子隔离器中加入用于对铷原子进行冷却的激光装置,将会使单光子隔离器的复杂度大大增加。
技术实现思路
为了解决单光子隔离器复杂度较高的问题,本申请通过以下实施例公开一种单光子隔离器。本申请公开的一种单光子隔离器,包括:直线波导、环形微腔以及量子点;所述直线波导以及所述环形微腔设置在光子晶体层中,所述环形微腔位于所述直线波导的一侧;所述直线波导用于当单光子从所述直线波导的正向端口入射时,将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以逆时针回音壁方式进行传播时,在所述环形微腔内的特定位置处形成右旋圆偏振光;还用于当所述单光子从直线波导的反向端口入射时,将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以顺时针回音壁方式进行传播时,在所述特定位置处形成左旋圆偏振光;所述量子点设置在所述环形微腔内,位于所述特定位置处;所述量子点的跃迁频率与所述环形微腔的共振频率一致,用于当所述单光子从所述正向端口入射时,与所述右旋圆偏振光发生耦合,且当所述单光子从所述反向端口入射时,不与所述左旋圆偏振光发生耦合。可选的,所述光子晶体层为砷化镓晶体层,所述光子晶体层的厚度为0.22微米;所述光子晶体层设置有周期性排列的空气孔柱,每一个所述空气孔柱的半径为0.16微米,高为0.22微米;所述空气孔柱在X方向上的排列周期为0.44微米,在Y方向上的排列周期为0.762微米。可选的,所述直线波导的宽度为0.442微米;所述环形微腔的外半径为0.801微米,内半径为0.4微米;所述直线波导的中心轴与所述环形微腔外圆之间的最近距离为0.5408微米。可选的,所述环形微腔的共振频率与所述量子点的跃迁频率皆为2π×244.5THz。可选的,所述量子点为砷化铟量子点;所述量子点为只与所述右旋圆偏振光发生耦合的二能级系统。可选的,所述正向端口位于所述直线波导的左端,所述反向端口位于所述直线波导的右端。本申请实施例公开了一种单光子隔离器,包括直线波导、环形微腔以及量子点,其中,量子点的跃迁频率与环形微腔的共振频率一致。当单光子从直线波导的正向端口入射时,被引入环形微腔内,在环形微腔内以逆时针回音壁方式进行传播,并形成右旋圆偏振光,与量子点发生耦合之后,从直线波导的反向端口射出。当单光子从直线波导的反向端口入射时,被引入环形微腔内,在环形微腔内以顺时针回音壁方式进行传播,并形成左旋圆偏振光,与量子点不会发生耦合,进而被隔离,不会从直线波导的正向端口射出。本申请实施例公开的单光子隔离器,通过量子点与光子之间的相互作用,实现对单光子传输方向的限定,无需使用冷原子,因而无需在单光子隔离器中加入用于对铷原子进行冷却的激光装置,有效降低了单光子隔离器的复杂度。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例公开的一种单光子隔离器的原理结构示意图;图2为本申请实施例公开的一种单光子隔离器的原理结构俯视图;图3为本申请实施例公开的一种单光子隔离器的单光子透过率的示意图。具体实施方式为了解决单光子隔离器复杂度较高的问题,本申请通过以下实施例公开一种单光子隔离器。参见图1所示,本申请实施例公开的一种单光子隔离器,包括:直线波导、环形微腔以及量子点。所述直线波导以及所述环形微腔设置在光子晶体层中,所述环形微腔位于所述直线波导的一侧。在一种实现方式中,所述光子晶体层为砷化镓(GaAs)光子晶体层,所述光子晶体层的厚度为0.22微米。所述光子晶体层上设置有周期性排列的空气孔柱,每一个所述空气孔柱的半径为0.16微米,高为0.22微米。空气孔柱在X方向上的排列周期为0.44微米,即在X方向上相邻两个空气孔柱的圆心距离为0.44微米。空气孔柱在Y方向上的排列周期为0.762微米,即在Y方向上相邻两个空气孔柱的圆心距离为0.762微米。通过在砷化镓光子晶体层中引入直线缺陷形成直线波导,引入环形线缺陷形成环形微腔。其中,所述直线波导的宽度为0.442微米,长度与光子晶体层等长。所述环形微腔的外半径为0.801微米,内半径为0.4微米。所述直线波导的中心轴与所述环形微腔外圆之间的最近距离为0.5408微米。参见图2所示,在一种实现方式中,将所述直线波导的左端(A端)设为正向端口,将所述直线波导的右端(B端)设为反向端口,这种情况下,单光子在直线波导中从左往右传播时为正方向传播,从右往左传播时为反方向传播。当单光子从所述直线波导的正向端口入射时,所述直线波导用于将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以逆时针回音壁(CCW)方式进行传播;当所述单光子从直线波导的反向端口入射时,所述直线波导用于将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以顺时针回音壁(CW)方式进行传播。单光子在环形微腔传播时,将受到很强的横向限制,这种情况下,在环形微腔内就会形成手性的圆偏振光场分布。通过观察圆偏振光强差C,便可监测环形微腔内圆偏振光场分布,其中,当C=0时,光场为线偏振光,当C>0时,C为右旋圆偏振光场强,当C<0时,C为左旋圆偏振光场强。通过监测环形微腔内圆偏振光场分布可以发现,当单光子从直线波导的正向端口入射,耦合到环形微腔内时,在腔内特定位置处形成的是右旋圆偏振光;当单光子从直线波导的反向端口入射,耦合到环形微腔内时,在腔内同样的位置处形成的是左旋圆偏振光。本申请实施例中,将所述量子点设置在所述环形微腔内的特定位置处。当光的传播方向相反时,由于在此处形成的圆偏振光方向相反,因而量子点与此处光场的耦合强度不同。其中,所述量子点为砷化铟量子点。通常情况下,量子点既能与右旋圆偏振光耦合,又能够与左旋圆偏振光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单光子隔离器,其特征在于,包括:直线波导、环形微腔以及量子点;/n所述直线波导以及所述环形微腔设置在光子晶体层中,所述环形微腔位于所述直线波导的一侧;/n所述直线波导用于当单光子从所述直线波导的正向端口入射时,将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以逆时针回音壁方式进行传播时,在所述环形微腔内的特定位置处形成右旋圆偏振光;还用于当所述单光子从直线波导的反向端口入射时,将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以顺时针回音壁方式进行传播时,在所述特定位置处形成左旋圆偏振光;/n所述量子点设置在所述环形微腔内,位于所述特定位置处;/n所述量子点的跃迁频率与所述环形微腔的共振频率一致,用于当所述单光子从所述正向端口入射时,与所述右旋圆偏振光发生耦合,且当所述单光子从所述反向端口入射时,不与所述左旋圆偏振光发生耦合。/n

【技术特征摘要】
1.一种单光子隔离器,其特征在于,包括:直线波导、环形微腔以及量子点;
所述直线波导以及所述环形微腔设置在光子晶体层中,所述环形微腔位于所述直线波导的一侧;
所述直线波导用于当单光子从所述直线波导的正向端口入射时,将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以逆时针回音壁方式进行传播时,在所述环形微腔内的特定位置处形成右旋圆偏振光;还用于当所述单光子从直线波导的反向端口入射时,将所述单光子引入所述环形微腔内,使所述单光子在所述环形微腔内以顺时针回音壁方式进行传播时,在所述特定位置处形成左旋圆偏振光;
所述量子点设置在所述环形微腔内,位于所述特定位置处;
所述量子点的跃迁频率与所述环形微腔的共振频率一致,用于当所述单光子从所述正向端口入射时,与所述右旋圆偏振光发生耦合,且当所述单光子从所述反向端口入射时,不与所述左旋圆偏振光发生耦合。


2.根据权利要求1所述的单光子隔离器,其特征在于,所述光子晶体层...

【专利技术属性】
技术研发人员:尹志军唐磊许志城
申请(专利权)人:南京南智先进光电集成技术研究院有限公司
类型:新型
国别省市:江苏;32

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