嵌入光子芯片的矢量涡旋光束发射器

同时携带光子自旋和轨道角动量的矢量涡旋光束有望为现代光学提供额外的自由度，并为经典和量子信息技术提供新兴资源。其固有的无限维度可被利用以提升数据容量，从而支撑大数据和互联网流量的空前增长，并可用于在高维 Hilbert 空间中构建量子计算机。迄今为止，在从芯片表面向自由空间发射矢量涡旋光束方面已取得诸多进展，然而在光子芯片内部生成矢量涡旋光束尚未实现。本文中，我们利用飞秒激光直写技术演示了首个嵌入光子芯片的矢量涡旋光束发射器。我们实现了从 Gaussian 光束到矢量涡旋光束的转换，效率高达 30%，以及到标量涡旋光束的转换，效率高达 74%。我们还提出了一个扩展的耦合模模型，用于理解模转换及制备缺陷的影响。这种嵌入式生成方式使矢量涡旋光束无需任何额外互连即可直接用于进一步的传输、操控和发射。结合其集成为阵列的能力，我们的结果有望使矢量涡旋光束在光子芯片内部可用于大容量通信和高维量子信息处理。