文|陳根

通常情況下，用于控制原子的激光器，需要借助隔離器來(lái)阻擋不必要的反射。然而此前在大量實(shí)驗(yàn)中運(yùn)行良好的隔離器，已被證明難以進(jìn)一步小型化。即使在最佳情況下，光也會(huì)在遇到隔離器各種表面時(shí)被反射、吸收和折射。

此外，在大型量子設(shè)備中進(jìn)行光路控制是一項(xiàng)挑戰(zhàn)很大的任務(wù)，其涉及到許多鏡面、透鏡、光纖等組件。而想要實(shí)現(xiàn)整體裝置的小型化，也需要從多方面著手。幸運(yùn)的是，過(guò)去幾年，科學(xué)家們已經(jīng)在微芯片的光控制元件設(shè)計(jì)方面取得了一定成果。

  例如，通過(guò)制造波導(dǎo)（光傳輸通道），甚至能夠利用某些材料來(lái)改變其顏色。然而要想使微小光點(diǎn)（光子）沿單向移動(dòng)、同時(shí)抑制不需要的向后反射，依然是一件棘手的事情。

近日，從光子的獨(dú)特性質(zhì)出發(fā)，伊利諾伊大學(xué)香檳分校（UIUC）的研究團(tuán)隊(duì)用鈮酸鋰制造了 780nm / 1550nm 波長(zhǎng)的片上隔光器。測(cè)量結(jié)果表明，其隔離方法優(yōu)于此前所有片上替代方案，且針對(duì)原子基傳感器的兼容性實(shí)施了優(yōu)化。

光子是光線中攜帶能量的粒子，一個(gè)光子能量的多少正比于光波的頻率大小， 頻率越高能量越高。當(dāng)一個(gè)光子被原子吸收時(shí)，就有一個(gè)電子獲得足夠的能量從而從內(nèi)軌道躍遷到外軌道，具有電子躍遷的原子就從基態(tài)變成了激發(fā)態(tài)。

  該隔離器包含一個(gè)波導(dǎo)和一個(gè)相鄰的環(huán)形諧振器，整體看起來(lái)像是一條長(zhǎng)方形的跑道。一般無(wú)論光是從哪個(gè)方向射入的，都會(huì)經(jīng)由波導(dǎo)進(jìn)入諧振器，從而阻擋所有光流。但當(dāng)研究人員將聲波施加到環(huán)上時(shí)，諧振器就只捕獲通過(guò)波導(dǎo)向后移動(dòng)的光。在前進(jìn)方向上，光會(huì)暢通無(wú)阻地通過(guò)波導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，幾乎每個(gè)光子都向前移動(dòng)通過(guò)波導(dǎo)，而向后移動(dòng)的幾率低至萬(wàn)分之一。這意味著該設(shè)計(jì)已將損耗（不需要的光吸收）降低到了接近于零的水平，有效化解了此前片上隔離器長(zhǎng)期存在的難題。

未來(lái)，該光子隔離方案有望推動(dòng)量子技術(shù)的小型化。