海南师范大学物理与电子工程学院杨红教授课题组，联合东北师范大学物理学院与量子科学中心，于2026年3月27日发表以“Unidirectional Reflection Amplification Without Inversion”为题的研究成果于SCI二区期刊《Physical Review A》上。海南师范大学物理与电子工程学院硕士生郑怡婷和博士生彭晨为论文共同第一作者，海南师范大学物理与电子工程学院杨红教授和东北师范大学物理学院与量子科学中心张岩副教授为共同通讯作者，且海南师范大学为论文第一单位。

图1. 三能级原子体系及空间线性耦合场调控模型

在量子信息处理、集成光子芯片与光通信系统中，光信号的定向隔离、单向传输与信号放大是核心基础功能。本研究面向量子信息与光子器件中对定向光信号调控与放大的需求，围绕三能级增益原子体系中的单向反射光放大开展研究。研究团队通过引入弱非相干泵浦与自发辐射相干（spontaneously generated coherence，SGC）效应，在无粒子数反转条件下实现相干增益；同时采用强度沿空间位置线性变化的耦合场对原子介质极化率分布实施调控，令介质对左右两侧入射光呈现截然不同的反射响应，最终实现具备方向选择性的反射光放大。揭示了无粒子数反转相干增益与空间非对称调控协同实现可调单向反射光放大的物理机制。

图2. 相对相位对单向反射光放大的调控

研究结果表明，通过调节相对相位，可在将一侧反射率维持在约10^-3量级的同时，使另一侧反射得到显著增强，峰值反射率最高可放大90倍；进一步调节跃迁偶极矩夹角，还能够实现双频带单向反射光放大。借助相对相位与电偶极矩夹角的联合调控，可对单向反射放大的工作频域与放大倍率进行灵活调制，实现放大性能与工作频率的动态调谐。本研究阐明了无粒子数反转相干增益与空间非对称调控协同催生单向反射放大的物理机理，为研制可调谐、无磁型非互易光学器件提供了新思路与理论支撑。

图3. 电偶极矩夹角对单色和双色单向反射放大的调控

单向反射放大兼具非互易隔离与光信号放大双重功能，现有无磁非互易方案大多仅能实现单向透射、单向吸收，难以在同一介质上同时实现单向反射和相干放大，并且缺少对放大倍率、工作频带的灵活调谐能力。本研究基于三能级原子体系，结合自发辐射相干与空间渐变耦合场，在无粒子数反转条件下实现可调单向反射放大，突破传统方案增益受限、调谐性差的瓶颈。该机制无需强磁场，可支持单频/双频带工作，通过相位与偶极矩夹角对放大频谱和增益动态调控，为集成量子光子器件提供全新的非互易调控手段，对构建无磁、可重构的量子光信号处理链路具有重要的理论价值与应用前景。

图4. 相对相位和电偶极矩夹角协同调控单向反射光放大

本项研究由海南师范大学杨红教授课题组和东北师范大学张岩副教授合作开展。该工作得到国家自然科学基金（12204137、12564048、12564047、11874004、11204019），海南省自然科学基金（121RC539）以及海南省院士创新平台专项研究基金（YSPTZX202215）项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/1lhc-srq7