量子发射体集成各向异性超表面实现单光子任意偏振态调控

为解决单光子偏振态调控受限的问题，研究人员通过将量子发射体(QEs)与各向异性超表面集成，实现了片上单光子任意偏振态编码。该设计利用全息超表面分段调控表面等离子体激元(SPPs)的相位和振幅，生成覆盖整个庞加莱球的高纯度(>94%)偏振单光子束，为量子纳米光子学应用提供了新范式。

　　

在先进光学与量子光子学领域，实现单光子发射的灵活偏振调控具有关键意义。传统方法受限于偏振转换模式的选择匮乏，难以精准操控单光子偏振特性。最新研究通过将量子发射体(QEs)与各向异性超表面集成，开创性地实现了片上单光子任意偏振态编码。

该技术采用特殊设计的全息超表面——其表面分布着各向异性纳米散射体阵列，可高效耦合量子发射体激发的表面等离子体激元(SPPs)。这种精巧结构产生由两个正交线偏振分量组成的自由空间辐射，且每个分量的相位和振幅均可独立调控。基于此原理，研究团队成功实现了覆盖整个庞加莱球(Poincaré sphere)的单光子偏振编码。

实验采用集成锗空位(GeV)色心的纳米金刚石作为量子光源，在室温条件下验证了该技术的卓越性能：产生的单光子束不仅具有优异的方向性(发散角<2.5°)，还能精准生成圆偏振、线偏振和椭圆偏振态，偏振纯度高达94%以上。这项突破为量子纳米光子学芯片的偏振调控提供了全新解决方案，在量子通信、生物传感等领域展现出广阔应用前景。

文末声明，作者团队不存在利益冲突。