中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
4月8日消息 來(lái)自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團隊在集成光學(xué)芯片領(lǐng)域取得新進(jìn)展，該團隊鄒長(cháng)鈴研究組在集成光子芯片上實(shí)現了基于微腔簡(jiǎn)并模式的高效光子頻率轉換，并進(jìn)一步探究了微腔內的級聯(lián)非線(xiàn)性光學(xué)效應，實(shí)現跨波段的頻率轉換和放大。
據悉，相干光學(xué)頻率轉換在經(jīng)典和量子信息領(lǐng)域都有廣泛的應用，如通訊、探測、傳感，成像，同時(shí)其也是連接光纖通訊波段和各種原子的躍遷波段的工具，對分布式量子計算和量子網(wǎng)絡(luò )而言更是不可或缺的接口。因此，最近國際上有大量關(guān)于實(shí)現高效頻率轉換器件的實(shí)驗研究。
其中，集成光子芯片上微腔是實(shí)現高效率光學(xué)頻率轉換和其他非線(xiàn)性光學(xué)效應的重要平臺，其可以增強光和物質(zhì)相互作用，并具有體積小、可擴展性高、能耗小等優(yōu)點(diǎn)。然而，在芯片上實(shí)現腔增強的頻率轉換過(guò)程，需要滿(mǎn)足三個(gè)或更多光學(xué)模式的相位匹配，這對于器件的設計、加工和調控提出了非?？量痰囊?。
為此，鄒長(cháng)鈴研究組提出了一種新穎的簡(jiǎn)并和頻效應，僅需要兩個(gè)光學(xué)模式就可以實(shí)現高效率的相干頻率轉換；研究組還實(shí)現了工作波長(cháng)的精確調控，即通過(guò)控制芯片基底溫度實(shí)現了頻率轉換匹配窗口的粗調，范圍可達100 GHz；除此之外，研究組基于前期光致微腔加熱效應的相關(guān)工作，實(shí)現了MHz量級的精細調控。
如圖，實(shí)驗中實(shí)現的1560nm到780nm波長(cháng)的光子數轉換效率最高可達42%，頻率帶寬可達250GHz，可以滿(mǎn)足后續通訊波段光子與Rb原子互聯(lián)的需求。
基于理論并通過(guò)實(shí)驗驗證了“模式簡(jiǎn)并頻率轉換的信號還有可能獲得一定的增益”這一物理現象，研究組預言稱(chēng)，可通過(guò)對芯片的工藝參數的進(jìn)一步調控實(shí)現效率超過(guò)100%的頻率轉換，同時(shí)實(shí)現信號的轉換和放大。
該成果于3月29日在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上發(fā)表。審稿人對該工作給予高度評價(jià)：“Overall, the current work provides a novel way for efficient on-chip frequency conversion, which is extremely important for on-chip quantum information processing, each percentage of conversion efficiency matters in these applications（總的來(lái)說(shuō)，該工作提供了一種高效率片上頻率轉換的新穎方法，這對片上量子信息處理極其重要，轉換效率的每一個(gè)百分比在這些應用中都至關(guān)重要）”。
