近日，從(cong)中國(guo)科學(xue)(xue)技術大學(xue)(xue)獲(huo)悉，該校(xiao)郭光(guang)(guang)燦院士團(tuan)隊(dui)在(zai)(zai)非互(hu)易(yi)光(guang)(guang)子器(qi)件(jian)研究(jiu)方面取(qu)得重要進展。該團(tuan)隊(dui)的(de)董(dong)春華研究(jiu)組首次利用回音壁模(mo)式微腔中腔光(guang)(guang)力的(de)非互(hu)易(yi)特性，實現了全光(guang)(guang)控制的(de)非互(hu)易(yi)多功能光(guang)(guang)子器(qi)件(jian)，并首次實現集成光(guang)(guang)學(xue)(xue)定向(xiang)放大器(qi)。該成果5月4日在(zai)(zai)線發表在(zai)(zai)國(guo)際(ji)權威(wei)期刊《自然通(tong)訊》上。

光(guang)(guang)(guang)在(zai)(zai)一般(ban)介質中(zhong)具(ju)有(you)雙(shuang)(shuang)向傳輸的(de)互易性，而打破(po)這種互易性，即(ji)實現(xian)對光(guang)(guang)(guang)傳輸方(fang)向的(de)非互易性，在(zai)(zai)經典(dian)和量(liang)子信息處理(li)中(zhong)具(ju)有(you)重要意義。光(guang)(guang)(guang)環(huan)形(xing)器(qi)(qi)(qi)、隔離器(qi)(qi)(qi)、定向放大(da)器(qi)(qi)(qi)等(deng)是典(dian)型(xing)的(de)非互易器(qi)(qi)(qi)件。其中(zhong)光(guang)(guang)(guang)環(huan)形(xing)器(qi)(qi)(qi)允(yun)許光(guang)(guang)(guang)以“環(huan)形(xing)”的(de)方(fang)式傳輸，可用于光(guang)(guang)(guang)源保護(hu)、精密測量(liang)，這種功(gong)(gong)能還可實現(xian)經典(dian)或量(liang)子計算(suan)或通訊中(zhong)信號(hao)的(de)雙(shuang)(shuang)向處理(li)，有(you)利于提高信道容量(liang)與降低(di)功(gong)(gong)耗(hao)。定向放大(da)器(qi)(qi)(qi)也(ye)已經被證明在(zai)(zai)基于超導回路的(de)量(liang)子計算(suan)中(zhong)具(ju)有(you)重要意義。

最常(chang)見的(de)光(guang)(guang)學非互易器(qi)件主要(yao)利用磁(ci)光(guang)(guang)晶體的(de)法拉第效應，但在器(qi)件集(ji)成化方(fang)面卻面臨著挑戰，難(nan)點(dian)包括(kuo)磁(ci)光(guang)(guang)材(cai)料與傳統半(ban)導(dao)體材(cai)料不匹配、需要(yao)外加強磁(ci)場、在光(guang)(guang)頻(pin)范(fan)圍內磁(ci)光(guang)(guang)材(cai)料具(ju)有很高的(de)傳輸損耗等。因此全光(guang)(guang)控制的(de)片(pian)上光(guang)(guang)環形器(qi)、隔離器(qi)以及定向放(fang)大器(qi)一直是研究(jiu)的(de)熱(re)點(dian)。

該(gai)科(ke)研團隊在前期(qi)實驗(yan)驗(yan)證了回(hui)音壁模(mo)式微(wei)腔中腔光(guang)力(li)的(de)非互(hu)易特性的(de)基礎上，利用單個光(guang)力(li)微(wei)腔與雙波(bo)導耦合(he)的(de)體(ti)系，實現了多功能(neng)的(de)光(guang)子(zi)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)，包括(kuo)窄帶濾波(bo)器(qi)(qi)(qi)(qi)，具有(you)(you)非互(hu)易功能(neng)的(de)四(si)端(duan)口光(guang)環形器(qi)(qi)(qi)(qi)與定向(xiang)放大器(qi)(qi)(qi)(qi)，并且(qie)這(zhe)些功能(neng)模(mo)式可(ke)以通過改變控制光(guang)來實現任意(yi)切換。該(gai)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)結構簡單，原理具有(you)(you)普適性，甚至可(ke)實現單光(guang)子(zi)水平的(de)光(guang)環形器(qi)(qi)(qi)(qi)，同時可(ke)推(tui)廣到任一具有(you)(you)行波(bo)模(mo)式的(de)光(guang)力(li)學體(ti)系，包括(kuo)微(wei)波(bo)超導器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)和集成聲學器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)。