4月17日,现代工学院夏可宇教授和陆延青教授团队与上海交通大学金贤敏教授团队合作,在国际物理学权威期刊《Physical Review Letters》以“Vector Vortex Beam Emitter Embedded in a Photonic Chip”为题发表了最新研究成果,建立了光子芯片激光直写控制模型,提出了包含轨道角动量光模式的张量形式耦合模理论并实验实现了光子芯片上矢量涡旋光的高效率产生。光子集成芯片内矢量涡旋光的嵌入式产生,使得在单个芯片内实现产生、传输和操控一体化变成现实。结合阵列化集成能力,该工作为大规模集成化地利用光子轨道角动量自由度资源,以及开展高容量通信和高维量子信息处理奠定了基础。
图1. 嵌入在激光直写光子芯片中的矢量涡旋光辐射器阵列,直写激光能量及扰动与波导结构的关系,张能量形式模式耦合系数。
光子除了具有频率、空间模式、以及时间-能量等自由度之外,还可以携带自旋角动量和轨道角动量。自旋角动量与光的极化相关,被广泛应用于量子光学的二维希尔伯特空间中编码信息。不同于自旋角动量,轨道角动量拥有无限的拓扑荷和内在的正交性,可以为模式多路分发提供巨大的资源,有望用于解决通信系统上信道容量紧缩的问题。矢量涡旋光束同时携带光的自旋和轨道角动量,为现代光学、经典和量子信息技术都提供了额外的自由度和新兴的资源。其固有的无限维度有望用来提高数据容量,支撑大数据和互联网流量的空前增长,乃至于可用来构建高维希尔伯特空间的量子计算机。
矢量涡旋光束的大规模应用迫切需要开发光子集成技术,能够在光子芯片上产生、传输,甚至处理矢量涡旋光束。目前从芯片表面辐射矢量涡旋光束到自由空间已经得到了广泛的研究,然而在光子集成芯片内部产生和传输矢量涡旋光束仍然是一个长期存在的挑战。如何利用激光直写技术制备高性能光子芯片?如何理解微小空间内密集光学模式直接的相互作用、传输和转换?这些关键科学问题的回答和矢量涡旋光光子芯片高效产生将极大推动高容量光通信技术和大规律高维光量子信息处理技术的发展。
夏可宇和陆延青教授团队与上海交通大学集成量子信息技术中心(IQIT)金贤敏教授团队紧密协作,理论和实验上均取得了重要突破。他们在理论推导了直写激光能量与光子芯片结构参数的关系,为激光直写高性能功能定制的光子芯片提供了指导,并构建了包含矢量涡旋光模式和材料介电张量的广义耦合模理论。该理论的建立不仅有助于理解多个模式间的相互转化、波导中场的演化以及不完美加工所带来的影响,还将耦合模理论推广到更普适的情况,可以为光子集成芯片内有效操控轨道角动量自由度提供重要支撑。实验上,他们通过调控片内单模光波导和甜甜圈型光波导之间的倏逝波耦合,突破了光子集成芯片内可控产生矢量涡旋光的难题。通过在工程上精确调控相位匹配条件,可以按需产生具有特定拓扑荷的矢量涡旋光束,转化效率高达74%。
金贤敏教授、夏可宇教授和陆延青教授作为文章的共同通讯作者,感谢国家重点研发计划量子调控专项、国家自然科学基金项目的大力支持。该工作的南大部分还得到了南京大学卓越研究计划项目的支持。
论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.153601
陆延青课题组网站:http://light.nju.edu.cn
夏可宇课题组网站:http://cwqed.nju.edu.cn
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
现代工学院夏可宇、陆延青等与上海交大合作实现光子芯片上矢量涡旋光产生
本站小编 Free考研考试/2021-02-15
相关话题/光子 激光
现代工学院胡伟、陆延青团队开发平面太赫兹光子元件
最近,现代工学院胡伟、陆延青团队利用光控取向的液晶聚合物柔性薄膜开发出多功能平面太赫兹光子元件,提供了一种太赫兹波前调控的全新解决方案。该成果以Planarterahertzphotonicsmediatedbyliquidcrystalpolymers为题,于2020年2月5日在线发表在《先进光学 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15《Small》高亮报道刘斌、张荣教授课题组在纳米激光器方面的研究工作
半导体电子器件与集成电路芯片极大地推动了现代社会科学与技术的发展,也改变了人们的生活方式。光与电相互作用及其有效调控一直是半导体领域核心的研究方向之一。自激光器发明以来,其微型化一直是研究热点,其目的是获得更小体积、更高调制速度和更低功耗的激光器。基于芯片光互连应用迫切需求将激光光源的尺寸缩小至接近 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15李涛、祝世宁课题组在非厄米拓扑光子学领域取得重要进展
2019年10月14日,国际物理学权威期刊《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.123,165701)以“Breakupandrecoveryoftopologicalzeromodesinfinitenon-Hermitianopticallattices”为题发表了现工院李涛教授、祝世宁 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15华东师大科学家首次捕捉会“呼吸”的激光
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授课题组在超快激光领域取得重要进展,该团队首次实现了一种被称之为“呼吸子”的超快激光脉冲。研究成果“Breathingdissipativesolitonsinmode-lockedfiberlasers”于2019.11月发表于《科学》(Scie ...华东师范大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-01-16吴健课题组揭示强激光里德堡态激发的普适机制
近期,精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健教授团队在超快激光诱导里德堡态激发研究领域取得重要进展。该团队利用飞秒强激光与分子相互作用产生里德堡原子,并结合电子-原子核关联能谱技术,揭示了多光子共振激发是强激光诱导里德堡态产生的普适机制。研究结果以“Electron-nuclearcorrelated ...华东师范大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-01-16他与诺奖得主合作!魏启:强激光场中He2分子的摆动准直和强化学键
近期,我校精密光谱科学与技术国家重点实验室魏启副教授在强场物理研究方面取得重要进展,相关成果以“Pendularalignmentandstrongchemicalbindingareinducedinheliumdimermoleculesbyintenselaserfields”为题在线发表于国 ...华东师范大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-01-16附属皮肤病医院光医学团队与慕尼黑大学激光研究所就“光动力治疗和光医学诊断”举办线上交流活动
11月23日至24日,德国慕尼黑大学中国学术网络(LMU-ChinaAcademicNetwork)线上交流活动举行。同济大学附属皮肤病医院光医学团队暨同济大学医学院光医学研究所、德国慕尼黑大学激光研究所共同举办光动力及光医学专场。我校医学院光医学研究所所长王秀丽教授团队与德国慕尼黑大学激光研究所所 ...同济大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-01-15我校光子学与声子学团队在“Physical Review Letters”上发表光学近场调控研究重要进展
10月5日,我校物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室陈鸿教授团队的博士后研究人员郭志伟、教授江海涛,与声子学和热能科学中心的博士生龙洋、教授任捷合作,在PhysicalReviewLetters(《物理评论快报》)上发表了题为“DesigningAll-ElectricSubwavele ...同济大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-01-15附属皮肤病医院光医学团队与慕尼黑大学激光研究所就“光动力治疗和光医学诊断”举办线上交流活动
11月23日至24日,德国慕尼黑大学中国学术网络(LMU-ChinaAcademicNetwork)线上交流活动举行。同济大学附属皮肤病医院光医学团队暨同济大学医学院光医学研究所、德国慕尼黑大学激光研究所共同举办光动力及光医学专场。我校医学院光医学研究所所长王秀丽教授团队与德国慕尼黑大学激光研究所所 ...同济大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-01-15我校光子学与声子学团队在“Physical Review Letters”上发表光学近场调控研究重要进展
10月5日,我校物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室陈鸿教授团队的博士后研究人员郭志伟、教授江海涛,与声子学和热能科学中心的博士生龙洋、教授任捷合作,在PhysicalReviewLetters(《物理评论快报》)上发表了题为“DesigningAll-ElectricSubwavele ...同济大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-01-15