主编推荐 | 光纤耦合混合腔，助力量子光源新突破

Chinese Optics Letters 2026年第3期Editors’ Pick:

Zhimin Zhu, Lijun Song, Liang Nie, Dong Liu, Pengfei Zhang, Qiang Zhang, Dunzhao Wei, and Jin Liu, "Hybrid semi-open optical microcavity with Purcell enhancement, resonance tuning, and mode control," Chin. Opt. Lett. 24, 032602 (2026)

该研究以增强光–物质相互作用为目标，提出并实验演示了一种基于圆形布拉格光栅（CBG）与光纤的法布里–珀罗腔（FFPC）的新型复合微腔，耦合形成的复合模式实现了波长可调、增强的Purcell因子以及与光纤的无缝接口。该方案突显了定制光学场空间配置的能力，为高质量、模态工程的量子光源提供了新思路。

量子光源，特别是能够高效产生单光子和纠缠光子对的光源，是量子信息处理系统的核心组件。光学微腔通过Purcell效应增强光与物质的相互作用，为量子光源的性能提升提供了重要途径。然而，现有的微腔设计往往难以同时实现高Purcell因子、宽谱可调性、空间模式控制和高效光子收集等目标。因此，如何突破这些限制，成为该领域亟待解决的关键问题。

针对这一挑战，中山大学刘进教授团队与山西大学张鹏飞教授团队宋丽军等人合作，提出并实验演示了一种基于圆形布拉格光栅（CBG）与光纤法布里-珀罗腔（FFPC）耦合的可调谐混合微腔。该设计通过CBG实现径向模式限制，通过FFPC实现纵向限制，从而形成具有强三维光场约束的混合模式，如图所示。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2026年第24卷第3期。

由FFPC与CBG耦合形成的混合微腔。(a) 混合腔的示意图，包括基于光纤的反射镜（顶部）、CBG（中部）和DBR反射镜（底部）；(b) FFPC的侧视图，显示高斯模在z轴方向的束缚情况；(c) CBG的俯视图，显示CBG模在x–y平面内的束缚情况；(d) 仿真中CBG模式的辐射光谱，以及在不同自由空间长度下混合模式的反射光谱；(e) 将偶极源放置在CBG中心位置，计算不同波长处混合模的半高全宽和模体积。当半高全宽处于最大值附近时，模体积达到最小值

实验表明，当FP共振波长与CBG重合时，观察到线宽展宽约30%，直接证明了CBG和FP模式之间的有效混合。数值模拟进一步证明了混合微腔性能优势，Purcell因子由单独FFPC的2增长到超过10，热点处的电场强度相比独立CBG增强了90倍。该方案还突显了定制光学场空间分布的能力，为高质量、模态工程的量子光源提供了新思路。

这项工作的创新之处在于：首次将CBG的宽带特性与FFPC的窄线宽特性相结合，通过模式杂化同时获得了小模式体积和高Q因子的优势；利用FFPC的可调腔长实现了共振波长的精确控制；通过光纤耦合实现了高效的光子收集。该混合微腔为高性能量子光源的实现提供了新平台，在量子信息处理、非线性光学、光学传感和精密测量等领域具有广阔应用前景。

作者简介

朱志旻，中山大学在读博士生。主要研究方向为光量子器件应用。