Квантовый прорыв: как многофункциональная металинза меняет фотонику

Чанчуньский институт оптики, точной механики и физики, CASA, 12 августа 2023 г.

Художественная иллюстрация многофункциональной металинзы, используемой для произвольного формирования квантового излучения из двумерного гексагонального нитрида бора. Авторы: Чи Ли, Джэхёк Чан, Тревон Бадло, Тишан Ян, Джухун Ким, Джэкён Ким, Мин Нгуен, Стефан А. Майер, Джунсук Ро, Хаоран Рен, Игорь Ааронович

Scientists have developed a multifunctional metalens capable of structuring quantum emissions from single photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> излучатели фотонов. Это нововведение позволяет манипулировать квантовыми выбросами и обещает новые достижения в области квантовых технологий, включая потенциальное влияние на криптографию и информационную безопасность.

Квантовая эмиссия имеет решающее значение для реализации фотонных квантовых технологий. Твердотельные эмиттеры одиночных фотонов (SPE), такие как дефекты гексагонального нитрида бора (hBN), работают при комнатной температуре. Они очень желательны из-за своей прочности и яркости. Традиционный способ сбора фотонов из СПС основан на использовании объектива с высокой числовой апертурой (NA) или микроструктурированных антенн. Хотя эффективность сбора фотонов может быть высокой, эти инструменты не могут манипулировать квантовыми выбросами. Для достижения любой желаемой структуры излучаемого квантового источника света требуется множество громоздких оптических элементов, таких как поляризаторы и фазовые пластины.

В новой статье, опубликованной недавно в журнале eLight, международная группа ученых под руководством доктора. Чи Ли и Хаоран Рен из Университета Монаша разработали новую многофункциональную металинзу для структурирования квантового излучения СПС. Способность произвольно преобразовывать оптический луч в различные пространственные формы важна для квантовых источников света.

Metasurfaces have transformed the landscape of photonic design. It has led to major technological advances from optical imaging and holography to LiDAR and molecular sensing. Recently, the direct integration of nanoscaleThe nanoscale refers to a length scale that is extremely small, typically on the order of nanometers (nm), which is one billionth of a meter. At this scale, materials and systems exhibit unique properties and behaviors that are different from those observed at larger length scales. The prefix "nano-" is derived from the Greek word "nanos," which means "dwarf" or "very small." Nanoscale phenomena are relevant to many fields, including materials science, chemistry, biology, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> наноразмерные излучатели в наноструктурированные резонаторы и метаповерхности были разработаны для сбора и демонстрации базовой настройки излучения SPE. Эти первоначальные демонстрации показали необходимость использования плоской оптики для продвижения манипуляций с квантовой эмиссией.

Исследовательская группа решила эту проблему, спроектировав и спроектировав многофункциональную металинзу. Новая металинза была изготовлена ​​корейскими физиками докторами наук. Джэхёк Чан, Тревон Бадлоу и профессор Джунсук Ро из Университета науки и технологий Пхохана. Он может одновременно настраивать степени свободы направленности, поляризации и орбитального углового момента (ОАМ). Они использовали металинзу, чтобы продемонстрировать многомерное структурирование квантовой эмиссии из SPE в hBN, действующей при комнатной температуре.