在层状半导体中利用准相位匹配实现本征纠缠生成的规模化

高效产生纠缠光子通常依赖于相位匹配宏观非线性介质中的自发参量下转换(SPDC)。然而,在相位匹配约束下产生纠缠需要额外的体光学元件或干涉仪。相比之下,超薄范德华半导体——例如过渡金属二硫族化物(TMDs)——具有足够强的光学非线性,使得在亚波长厚度介质中即可观测到SPDC,从而绕过了传统的相位匹配约束。在这一微观尺度下,晶体本征对称性决定了非线性光学响应,能够直接产生偏振纠缠光子对。然而,高效生成这些态从根本上受到材料相干长度 (\(L_c\)) 的限制,这制约了可达到的转换效率。该研究探讨了周期性极化TMDs(PPTMDs),旨在通过准相位匹配来放大这一相互作用。研究人员证明,在精确的 \(L_c\) 间隔上机械式翻转非线性符号引入了准相位匹配,从而在保持由对称性产生的原始偏振纠缠(保真度超过99%)的同时,提升了光子对的产生速率。在严谨的理论模型支持下,该工作阐明了薄非线性介质中晶体对称性与传播效应之间的相互作用,为在纳米光子系统中工程化量子光提供了新途径。
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提交arXiv: 2026-06-12 15:30

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