[发明专利]一种单光子隔离器

说明书

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。

技术领域

本申请涉及光隔离器技术领域，尤其涉及一种单光子隔离器。

背景技术

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。

发明内容

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；