研究内容: 针对传统拓扑量子光源依赖边界态、量子点与腔体耦合容差低、光提取效率不足的问题，本文基于光子晶体能带反转机制构建拓扑体腔，首次将具备垂直出射特性的拓扑体态与 InAs/GaAs 量子点耦合，通过仿真与实验系统验证了单光子发射的 Purcell 增强效应、拓扑鲁棒性与单光子特性，并通过集成反射镜优化结构以提升提取效率。创新点：一是首次将拓扑体态应用于单光子源构建，突破了拓扑量子光源仅利用边界态、角态的传统范式，兼具拓扑保护与垂直出射优势；二是不规则腔体验证了体态对量子点位置偏移、波长失谐的高容忍度，2.5μm² 作用面积内 Purcell 因子稳定大于 1.6，大幅降低工艺精度要求；三是集成底部反射镜的优化结构实现 92% 的理论单光子提取效率，解决了拓扑光源提取效率偏低的核心痛点。结论：拓扑体态微腔可环绕式拼接结构实现光场局域，体态在 Γ 点附近具备天然垂直出射特性；实验测得单光子自发辐射 Purcell 增强因子为 1.6，反聚束特性显著，且量子点耦合鲁棒性强；优化结构提取效率最高可达 92%，在 8nm 波长范围内保持 80% 以上。启发：该工作拓展了拓扑量子光学的研究维度，体态的宽容差特性为规模化集成量子器件提供了可行方案，高提取效率的设计思路可直接支撑实用化量子光源研发，也为电驱动拓扑量子光源的后续研究提供了参考方向。
文献来源: Light: Science & Applications ( 2025) 14:295
作者：Xin-Rui Mao, Wei-Jie Ji, Shao-Lei Wang, Han-Qing Liu, Bang Wu, Xu-Jie Wang, Li Liu, Lai Zhou, Haiqiao Ni, Zhichuan Niu, Zhiliang Yuan
报告人: 赵健
