近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）首席科学家袁之良团队在固态量子光源研究方面取得突破。首次确认了除空腔反射带来的激光背景外，多次激发与受激发射也是限制单光子纯度的主要机制，成功揭示了固态单光子滤波器中双光子成分的物理起源。2025年12月8日，相关研究成果以“揭示固态单光子滤波器中双光子成分起源”（Revealing the origins of two-photon components in solid-state single-photon filters）为题，在线发表于《ACS光子学》（ACS Photonics）。

在量子网络中，高纯度的单光子源是实现光量子信息处理的核心组件。然而，固态单光子滤波器在实际应用中常受限于多光子成分的“污染”，导致单光子纯度无法进一步提升。以往研究多将这一问题归因于空腔反射带来的激光背景，而本研究通过采用低反射率微柱腔，在不依赖后选择技术的条件下，首次系统地揭示了多次激发与受激发射也是限制单光子纯度的主要机制。

研究团队利用反射率仅为1%的微柱腔，结合脉冲共振激发技术，实现了g²(0) ≈ 0.2的高纯度单光子滤波输出。通过时间分辨光谱与二阶、三阶关联函数测量，团队精确量化了双光子的组成：61.9%来自多次激发过程，37.6%来自受激发射，仅有0.5%来自残余激光反射。这一发现表明，即使完全抑制激光背景，多次激发与受激发射过程仍会从根本上限制单光子纯度。

图1 实验装置与输出信号的时间分辨测量

此外，研究还发现，随着激发脉冲宽度接近量子点激子寿命，受激发射对双光子成分的贡献显著增强。这一动态过程的分析为理解光与物质在单光子层面的相互作用提供了新视角。

图2 双光子发射示意图及时间分辨二阶关联函数mapping测试

该工作不仅澄清了固态单光子滤波器中双光子成分的物理起源，也为未来设计更高纯度的量子光源指明了方向。例如，采用宽带低反射率微腔结合短脉冲激发，有望进一步抑制多激发与受激发射过程，推动量子光源向更高的纯度发展。

该论文的共同第一作者为量子院博士生王嘉俊和博士后王健，通讯作者为量子院助理研究员吴邦。文章的合作者还包括量子院助理研究员王旭杰、博士后冒芯蕊、博士生曾梓琦、工程师刘丽和首席科学家袁之良，以及中国科学院半导体研究所博士后刘汗青、倪海桥研究员和牛智川研究员。该工作获得国家自然科学基金、北京市自然科学基金和中国博士后科学基金等的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.5c02014

团队链接：https://qp.baqis.ac.cn/Team.html