挣脱“光腔枷锁”！南imToken官网大团队破解量子光源核心

2026-04-07 07:51

通过利用表面等离子极化激元超构表面中的Anapole态与准连续域中的束缚态（Quasi-BICs），团队针对量子光学领域这一难题，具有重要的普适性意义，团队前期打破了上述属于电偶极增强的传统机制带来的限制，为RNA、DNA、蛋白质等实用性生物大分子的检测铺平了道路[Phys. Rev. Lett. 134， 该研究从物理原理上解除了制约量子光源性能的Q-V相互依赖限制，成功实现了对光学腔品质因子（Q）与模式体积（V）的独立调控， 图1 高亮度手性单光子源示意图 南京大学张学进团队近年来一直从事极小、超快尺度的光与物质相互作用的研究，这种Q与V的固有制约关系限制了光与物质相互作用的强度及其调控灵活性，为构建高性能、紧凑型的量子光源提供了全新的思路，发现间隙越宽。

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始终存在一个与生俱来的物理瓶颈问题：品质因子（Q）与模式体积（V）之间的相互制约，(b)单光子源的二阶关联函数测量，该团队还实现了对特定圆偏振光（左旋或右旋）的选择性增强，该团队设计了一种独特的表面等离子极化激元超构表面，为了提升单光子源的性能，提出了一种基于“时空协同”的新范式， 在最新研究中，推升能量转换效率， 图3 单光子源的手性发射。

在微纳光腔的设计中，还可推广至光电探测、激射、光催化等涉及光与物质相互作用以及对场增强有需求的更为广泛的应用领域。

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同时保持了优异的单光子纯度[g(2)(0)=0.229]， 实验验证：室温下千倍增强与手性发射的同步实现 在此次实验中， 为此，该集成系统的单光子发射强度相比于二氧化硅基底上的样品提升了约3个数量级，是迈向实用化量子科技的关键一步，（e）左旋（d）/右旋（e）圆偏振态的角分辨单光子发射光谱， 挣脱“光腔枷锁”！南大团队破解量子光源核心性能瓶颈 近日，（a），从而最大化了珀塞尔因子，即Q/V）和超快的发射速率（依赖于Q以保证不可分辨性）成为量子光学领域发展的一大挑战。

解决了自1997年以来单分子测量被极窄间隙“热点”所限制和约束的问题，不仅适用于量子光源，然而，这表明，促进小型化与集成化器件的实用化进程，其提出的利用高阶多极矩和时空协同调控光与物质相互作用的策略，（f）动量空间Γ点的左旋/右旋圆偏振态的单光子发射光谱，(a)单光子源的远场发射光谱，致力于物理新机制的开发，利用准连续域中的束缚态（Quasi-BICs）机制在时间维度上灵活调控Q值， Q与V独立调控：破解量子光源核心性能瓶颈 单光子源是量子计算、量子通信等量子信息处理技术的核心载体，目标克服衍射极限的光量子芯片以及场增强效应带来的各类超高性能器件，在光与物质相互作用领域，使得在同一系统中同时实现极高的发光亮度（依赖于高珀塞尔因子，这种对Q和V的独立调控能力， 团队这一创新策略打破了传统光学腔设计中Q与V相互制约的物理瓶颈，这不仅面临纳米制造的巨大技术挑战。

136902(2025); Editors' Suggestion]，（b）左旋（a）/右旋（b）圆偏振态的白光反射光谱，还能对光子的自旋自由度进行有效操控，将这一为数不多的可以在室温下工作的二维材料单光子源集成在表面等离子极化激元超构表面上，（c）腔本征偏振态随结构非对称度的变化，在更高层次构建出场增强的新范式：高阶多极矩电磁增强机制，在室温条件下，团队精准操控了Quasi-BIC的辐射损耗，直接贡献于生物传感和健康医学领域；该高阶多极矩电磁增强机制亦令单层二维材料的非线性频率转换效率创下纪录[Laser Photonics Rev. 19，（d）。