Nature Communications: 改变光波偏振态的新方法

对量子通信和光学计算领域来说，测量、操纵光波的振荡方向非常关键。如今，研究人员们用一种特殊的玻璃光纤，首次实现了对连续激光偏振态的操纵。该效应由位于埃朗根的马克斯·普朗克光科学研究所的研究人员与瑞士、英国、德国的同事共同发现，其研究成果发表在Nature Communications上。

如今，科学家们成功实现了对连续光波偏振态的改变，将原本在一个平面内振荡的线偏振光变成了以螺旋方式振荡的圆偏振光（类似丝钻的形状）。为实现这一效果，科学家们将红外激光入射到一根两米长的二氧化硅玻璃光纤中，光纤两端装有反射率高达99%的反射镜，这种特殊的反射镜由瑞士纳沙泰尔大学生产的五氧化二钽和二氧化硅薄片制成。一个明显的对比是：普通浴室镜子的反射率只有90%左右。

图1 五氧化二钽和二氧化硅层的显微图像，每层只有千分之一毫米厚；这些层组合在一起就成了一面近乎完美的反射镜

光纤中的光被“困”在近乎完全反射的反射镜之间，其行为开始发生改变：当光功率达到一定临界点时，光的偏振态开始改变，偏振方向开始向顺时针或者逆时针方向移动。通过改变光功率，研究人员能够控制偏振态移动的方向。“从技术上来说，微型化这一器件结构并将其集成到一个光学芯片中是完全可行的。” 马克斯·普朗克光科学研究所微光学研究小组的负责人Pascal Del'Haye说。

图2 光纤中光波偏振态从线偏振改变为圆偏振的过程

未来，人们有望将多个类似设备集成到同一片光子芯片上，以产生、控制电信系统等应用中所需的复杂偏振态。此外，这类设备还可以用作高灵敏度的传感器，以提高人工智能光学神经网络、量子信息处理等系统的性能。