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龙图腾网获悉北京大学申请的专利一种自旋角动量和动量方向可控的单光子发射器及其方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116300072B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310271423.6，技术领域涉及：G02B27/00；该发明授权一种自旋角动量和动量方向可控的单光子发射器及其方法是由李智;李永康;贾尚曈;薛泽洋;陈康垚;陈建军设计研发完成，并于2023-03-17向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种自旋角动量和动量方向可控的单光子发射器及其方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种自旋角动量和动量方向可控的单光子发射器及其方法。本发明包括金属衬底、纳米散射单元、介质间隔层和单光子源；本发明通过各个纳米散射单元的内部结构来独立地控制发射光子的自旋角动量，方案与散射光相位无关；通过各个纳米散射单元的位置来控制发射光子的动量方向，方案与散射光相位有关，由于这两种方案互不影响，发射光子的自旋角动量和动量方向的控制能够独立设计，实现自旋角动量和动量方向同时独立可控的单光子发射器；发射角最大可达53°，并且相位无关方案使自旋角动量对单光子源相对于超表面的精确位置不敏感，不再需要高精度的单光子源定位和对准技术。

本发明授权一种自旋角动量和动量方向可控的单光子发射器及其方法在权利要求书中公布了：1.一种自旋角动量和动量方向可控的单光子发射器，其特征在于，所述自旋角动量和动量方向可控的单光子发射器包括：金属衬底、纳米散射单元、介质间隔层和单光子源；其中，在笛卡尔坐标系下，金属衬底的上表面为xy平面；在金属衬底的上表面刻有多个纳米散射单元，每一个纳米散射单元包括刻在金属衬底上表面的两个形状相同的长方形纳米沟槽，位于半径逆时针方向的长方形纳米沟槽为第一纳米沟槽，位于半径顺时针方向的长方形纳米沟槽为第二纳米沟槽，第一和第二纳米沟槽在内侧的长边上且邻近的顶点位于以原点为中心的同一条半径上，属于第一纳米沟槽的顶点为第一顶点，属于第二纳米沟槽的顶点为第二顶点，第一纳米沟槽的长边与半径的夹角作为第一纳米沟槽的取向表示为α，第二纳米沟槽的长边与半径的夹角作为第二纳米沟槽的取向表示为β，第二纳米沟槽的中心到原点的距离减去第一纳米沟槽的中心到原点的距离作为径向距离sr；第一和第二纳米沟槽的取向以及径向距离满足以下自旋角动量控制方程组： 其中，kspp为表面等离激元的波矢，k0为真空光波矢，为纳米散射单元所在的方位角，即第一顶点所在半径的方位角；纳米散射单元在结构上是各向异性的，即不同方位角上的纳米散射单元内部结构参数不同，是一种各向异性超表面；k为设定的发射方向的光波矢，表示设定的发射方向，设定的发射方向在x-z平面内，以设定的发射方向与z轴之间的夹角作为发射角θ，l和w分别为长方形纳米沟槽的长度和宽度；其中，方程3中等式右边取“+”表示左旋圆偏振，即设定发射方向上光子的自旋角动量为正约化普朗克常数取“-”表示右旋圆偏振，即设定发射方向上光子的自旋角动量为负约化普朗克常数 纳米散射单元的位置矢量r在设定的发射方向满足相长干涉条件： ksppr+δ-k·r＝2mπ+C04 其中，δ为纳米散射单元的散射相位，r为纳米散射单元的位置矢量r的模，以纳米散射单元的第一顶点与第二顶点的中点作为纳米散射单元的位置，即r为第一顶点与第二顶点的中点至原点的距离，C0为适用于所有纳米散射单元的常数，m为整数； 纳米散射单元的极坐标位置满足动量方向控制方程： 其中，椭圆螺旋线的起点至原点的距离r0＝C0kspp+λspp，λspp和λ分别为表面等离激元波长和光波长；m表示椭圆螺旋线的圈次，m＝1,…,M，3≤M≤15，M为椭圆螺旋线的总圈数； 纳米散射单元的散射相位δ满足几何相位方程： 其中，θ为发射角，是设定的发射方向与z轴之间的夹角，σ表示光子自旋，对于左旋圆偏振LCP光和右旋圆偏振RCP光分别取+1和-1，对应的光子自旋角动量分别为正约化普朗克常数+h和负约化普朗克常数-h；根据动量方向控制方程和几何相位方程，纳米散射单元的位置也是各向异性的；倾斜发射的LCP光和RCP光，动量方向控制方程的解为椭圆螺旋线，即纳米散射单元的位置以多圈椭圆螺旋线排列，各圈椭圆螺旋线共焦且焦点位于原点，LCP光和RCP光对应的多圈椭圆螺旋线的螺旋方向相反；正发射的LCP光和RCP光，动量方向控制方程的解为阿基米德螺旋线； 在纳米散射单元的金属衬底上设置介质间隔层，用于消除单光子源在金属表面的荧光淬灭效应；在介质间隔层上放置单光子源，单光子源位于多圈纳米散射单元之内； 激发光斑照射至单光子源，使单光子源发射光子，激发金属表面的表面等离激元SPP，被激发的SPP均匀地沿金属衬底表面沿径向向各个方向传播；SPP遇到纳米散射单元被散射形成散射光，各个纳米散射单元的位置矢量r在设定的发射方向满足相长干涉条件，从而经所有纳米散射单元散射后的散射光沿设定的发射方向相干相长形成发射光斑，使散射光的方向沿着设定的发射方向，设定的发射方向对应光子的动量方向，从而通过各个纳米散射单元的排布位置独立地控制动量方向，并且动量方向与来自纳米散射单元的散射光相位相关；每一个纳米散射单元满足自旋角动量控制方程组，从一个纳米散射单元内的第一和第二纳米沟槽散射到远场的线偏振光在垂直于设定的发射方向的平面上的投影彼此正交并且具有相等的振幅，同时来自第一和第二纳米沟槽的散射光在设定的发射方向上具有±π2的相位差，使得来自纳米散射单元的散射光在设定的发射方向上具有相同的圆偏振，即具有相同的目标偏振状态，偏振状态对应光子的自旋角动量，从而通过纳米散射单元内部结构独立地控制散射光的自旋角动量，并且自旋角动量与来自纳米散射单元的散射光相位无关；散射光最终沿着设定的发射方向以圆偏振的自旋角动量传播到远场，实现同时并独立控制动量方向和自旋角动量的单光子发射器。

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