近日，北京量子信息科学研究院(以下简称“量子院”)袁之良团队联合中国科学院空天信息创新研究院、中国科学院半导体所，成功研制出一种基于各向异性狄拉克腔的高偏振单光子源。该新型单光子源利用具有显著品质因子差异的正交偏振腔模，实现了超过99%的线性偏振度，并在低Purcell因子条件下展现出优异的偏振鲁棒性和单光子纯度。2026年2月18日，该研究成果以“各向异性狄拉克腔中偏振单光子的发射”(Polarized Single-Photon Emission from an Anisotropic Dirac Cavity)为题发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)，并入选Editors' Suggestion。
高纯度、确定性的偏振单光子是量子通信、量子计算和量子计量等领域的核心资源。传统方法通过椭圆或双折射微腔实现偏振选择性Purcell增强，但往往要求腔模具备高Purcell因子和显著的模式分裂，且对量子点的光谱和空间位置极为敏感。该研究首次提出并实现了一种基于各向异性狄拉克光子晶体腔的新型偏振单光子源。该腔支持两个正交偏振的偶极模，其品质因子相差一个数量级以上，显著区别于传统微腔设计。
通过将单个半导体量子点耦合至该腔的高Q模式，研究团队实验上实现了g(2)(0)低至0.028、线性偏振度高达99.1%的单光子发射。值得注意的是，即使量子点发射波长偏离腔共振达3nm，仍能保持约99%的偏振度，展现出优异的腔点耦合波长容忍性。此外，该偏振单光子源还具有垂直出射的近高斯远场，模拟显示其单光子收集效率可达92.7%。进一步优化设计表明，即使在模式简并条件下该方案仍可实现高达33.5倍的Purcell因子对比度，为消除交叉偏振共振荧光中的效率瓶颈和抑制多光子事件提供了全新路径。
该论文第一作者为量子院博士后冒芯蕊，通讯作者为量子院助理研究员吴邦、首席科学家袁之良，中国科学院空天信息创新研究院博士后王少雷，中国科学院半导体所博士后刘汗青。其他合作者还包括量子院工程师冀伟杰、中国科学院空天信息创新研究院研究员李王哲、中国科学院半导体所研究员倪海桥和牛智川。该工作得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国博士后科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。
