[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 作为自由空间和光纤操作中高效单光子源的平面光学天线在量子光学与计量学中的应用

摘要： 从光学量子计算到计量测量，量子技术的实际应用都受困于缺乏高速、按需产生的不可区分单光子源。我们将讨论一种简单且多功能的平面光学天线，通过理论和实验证据表明：该天线能将单个量子发射体的辐射以低损耗（<20%）方式定向发射至自由空间中的窄立体角锥内，原则上可实现高达50%的单模光纤耦合效率。具体而言，首先展示室温下工作的实验设计方案——利用嵌入蒽晶体基质（Ac）的二苯并苝分子（DBT）[1]。DBT:Ac系统因其卓越的光物理特性（即室温和低温下长期光稳定性、低温下寿命受限发射、780纳米工作波长）特别适合此任务，这些特性已在50纳米厚晶体[2]及近期纳米晶体[3]中得到验证。此外，DBT分子及同类体系[4]产生的单光子因其光谱无可比拟的稳定性与窄线宽（<100 MHz），在涉及量子存储器的量子通信与计算协议中极具应用前景。随后我们将汇报关于该设计在低温环境下极限性能的理论研究，探索材料选择与几何参数精细调控方案。最后讨论近期低温单镜天线的研究成果：实验证明傅里叶极限线宽处的光子通量在探测器端超过1 MHz，荧光耦合至单模光纤的效率达46%。这些成果为系统部署开辟了新途径——既适用于需要确定性单光子源的量子光学实验，也服务于计量领域，特别是EMPIR项目"SIQUST"[5]最新提出的坎德拉新操作定义。