Forskere indser højeffektiv frekvenskonvertering på integreret fotonisk chip

Et team ledet af prof. GUO Guangcan og Prof. og opnåede krydsbåndsfrekvenskonvertering og forstærkning af konverteret signal ved at observere de kaskadede ikke-lineære optiske effekter inde i mikroresonatoren. Undersøgelsen blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Sammenhængende frekvensomdannelsesproces har bred anvendelse i klassiske og kvanteinformationsfelter som kommunikation, opdagelse, fornemmelse, og billeddannelse. Som en bro, der forbinder bølgebånd mellem fibertelekommunikation og atomovergang, kohærent frekvenskonvertering er en nødvendig grænseflade til distribueret kvanteberegning og kvantenetværk.

Integreret ikke-lineær fotonisk chip skiller sig ud på grund af dens betydelige teknologiske fremskridt med at forbedre ikke-lineære optiske effekter ved hjælp af mikroresonator, der forbedrer lys-stof-interaktionen, sammen med andre fordele som lille størrelse, stor skalerbarhed, og lavt energiforbrug. Disse gør integrerede ikke -lineære fotoniske chips til en vigtig platform for effektivt at skjule optisk frekvens og realisere andre ikke -lineære optiske effekter.

Imidlertid, resonansforstærket on-chip-kohærent frekvenskonvertering kræver flere (tre eller flere) tilstande til fasematchning blandt forskellige bølgelængder, hvilket pålægger enhedernes design betydelige udfordringer, fremstilling, og modulering. Især ved anvendelse af atom- og molekylær spektroskopi, den iboende fejl forårsaget af nanofabrikationsteknik af integrerede ikke -lineære fotoniske chips gør resonansfrekvensen for mikroresonator svær at matche atomovergangsfrekvens.

Forskerne i denne undersøgelse foreslog en ny ordning for højeffektiv kohærent frekvenskonvertering, der kun kræver to-mode fasematchningstilstand via en degenereret sumfrekvensproces. De opnåede præcis tuning af frekvensvinduet (FW):grov tuning ved at justere enhedens temperatur med et tuningsområde på 100 GHz; finjustering med MHz-niveau baseret på tidligere arbejde med altoptisk termisk kontrol i en integreret mikrokavitet.

Resultaterne viste, at den bedst opnåede effektivitet var op til 42% under foton-tal-konvertering fra 1560-nm-bred til 780-nm-bred bølgelængde, angiver en frekvensindstillende båndbredde over 250 GHz. Dette tilfredsstilte sammenkoblingen af ​​telekomfoner og rubidium (Rb) atomer.

Udover, forskerne kontrollerede eksperimentelt kaskade χ (2) og Kerr ikke -lineære optiske effekter inde i en enkelt mikroresonator for at forstærke det konverterede signal, som blev negligeret før. Således var den højeste konverteringseffektivitet potentiale til at opnå over 100% ved at justere enhedens fabrikationsparametre, opfylder samtidig signal konverteret og forstærket.

Denne undersøgelse giver en ny måde til effektiv on-chip frekvenskonvertering, hvilket er ekstremt vigtigt for on-chip kvanteinformationsbehandling.