高速和精确的偏振调制在经典通信和量子通信中都有重要应用。目前，单光子的偏振调制方案，基本都是基于o光和e光之间的相位延迟实现的，这使得偏振调制后的单光子只能在一系列的正交方向上保持线偏振，在其他方向上则是圆偏振或者椭圆偏振的状态。很多的光电应用，例如生物皮肤科成像和量子计算机等，都需要使用线偏振的光。而且，完全线偏的单光子可以用于实现多基矢的量子秘钥分发。因此，实现单光子的完全线偏控制且保持其量子特性是具有重要意义的。

我们利用片上的周期性极化铌酸锂 (PPLNOI)脊型波导演示了一种片上Solc型高性能单光子偏振控制电光器件，该器件的脊型波导是通过高精度的金刚石划片法制成的，克服了传统的钛扩散铌酸锂波导的折射率对比度低，模场面积较大等缺点。利用Solc原理，满足QPM条件的线偏振入射光在电光效应的调制下，可以实现TE/TM的偏振耦合，从而达到对单光子的偏振态完全线偏调制的目的。

为了探究该PPLNOI器件对单光子偏振态的控制能力，我们使用SPDC（spontaneous parametric down-conversion）生成的单光子对，而不是弱的相干光进行实验。我们对signal路的单光子进行偏振控制后，与idler路的单光子进行符合计数。测量得到的正弦曲线可见度为96.3±2.65%，说明该器件能有效地控制单光子的偏振态。除此之外，我们还利用Franson型干涉仪，证明了经过该器件偏振控制后的单光子依然具有量子特性，即可以用于后续的量子通信等任务。

图1：（a）单光子生成和偏振控制光路图。（b）不同电压下的单光子符合计数。

图2：偏振控制前后两个单光子的干涉图。

通过测试，该器件的半波电压为7V，比我们实验室之前制成的波导降低了6V。与此同时，该器件的小信号调制响应速率达到100MHZ，且其工作波长可通过内置的TEC芯片进行温度调谐。结果表明，该器件可以实现通过控制横向电压，进而控制单光子偏振态的功能，且具有工作电压低、调制速度快、工作波长可调谐等优点，有助于实现集成的量子调制系统。

该成果发表在Jiafan Wu, Yiwen Huang, Chuanyi Lu, Tingting Ding, Yuanlin Zheng, and Xianfeng Chen, Tunable Linear Polarization-State Generator of Single Photons on a Lithium Niobate Chip, Physical Review Applied, 13, 064068 (2020).