中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)鄒長(zhǎng)鈴研究組在集成光學(xué)芯片上實(shí)現(xiàn)了基于微腔簡(jiǎn)并模式的高效光子頻率轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步探究了微腔內(nèi)的級(jí)聯(lián)非線性光學(xué)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)跨波段的頻率轉(zhuǎn)換和放大。該成果日前發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。審稿人認(rèn)為，該工作提供了一種高效率片上頻率轉(zhuǎn)換的新方法，對(duì)片上量子信息處理極其重要。
相干光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換在經(jīng)典和量子信息領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。集成光學(xué)芯片上微腔可以增強(qiáng)光和物質(zhì)相互作用，所以可以提升非線性光學(xué)效應(yīng)，同時(shí)還具有體積小、可擴(kuò)展性高、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)高效率光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換和其他非線性光學(xué)效應(yīng)的重要平臺(tái)。
在芯片上實(shí)現(xiàn)腔增強(qiáng)的頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程，需要滿足三個(gè)或更多光學(xué)模式的相位匹配，這對(duì)于器件設(shè)計(jì)、加工和調(diào)控提出非常苛刻的要求。特別是在原子分子光譜相關(guān)應(yīng)用中，集成光學(xué)芯片的微納加工工藝帶來(lái)的誤差，使得微腔的共振頻率與原子的躍遷線幾乎不可能匹配。
鄒長(zhǎng)鈴研究組提出一種新穎的簡(jiǎn)并和頻效應(yīng)，僅需兩個(gè)光學(xué)模式就可以實(shí)現(xiàn)高效率的相干頻率轉(zhuǎn)換。此外，他們還實(shí)現(xiàn)工作波長(zhǎng)的精確調(diào)控：通過(guò)控制芯片基底溫度實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換匹配窗口的粗調(diào)，范圍可達(dá)100吉赫;基于前期光致微腔加熱效應(yīng)的相關(guān)工作，實(shí)現(xiàn)了兆赫量級(jí)的精細(xì)調(diào)控。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的1560納米到780納米波長(zhǎng)的光子數(shù)轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)42%，頻率帶寬可達(dá)250吉赫。(桂運(yùn)安)
關(guān)鍵詞： 高效光子頻率轉(zhuǎn)換
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