新的集成光子学概念可增强波长转换

时间:2020-08-05 14:39来源:opli作者:weixiang 点击:
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摘要:最近,罗切斯特大学的研究人员提出并展示了一种集成非线性光子学的新概念:半非线性纳米光子波导。这种类型的波导在光学非线性方面表现出破碎的空间对称性,可以在基于各种材料的光子

关键字:激光,激光技术,光子学概念

半非线性纳米光子波导中二次谐波产生的图形表示。


最近,罗切斯特大学的研究人员提出并展示了一种集成非线性光子学的新概念:半非线性纳米光子波导。这种类型的波导在光学非线性方面表现出破碎的空间对称性,可以在基于各种材料的光子芯片上实现高效的波长转换。
 

为什么要进行波长转换?
 

激光的增益介质限制了激光波长,这限制了许多需要非常规波长相干辐射的应用。通过利用光学非线性(尤其是二次非线性χ (2)),可以发生光学参数生成过程,从而导致波长转换,从而扩展了相干光源的光谱。波长转换器仅在频率计量,光学显微镜和量子信息处理中得到广泛应用。
 

有哪些挑战?
 

非线性光学参数的生成主要取决于所涉及的光波长之间的相位匹配,这需要仔细的色散管理以克服材料和几何色散。域工程波导中的准相位匹配可以提供有效的波长转换,但只需要少数几种材料即可实现非线性光栅。另一方面,不同阶模之间的模态相位匹配是促进波长转换的常用方法,特别是在具有小模面积的集成光子器件中。但是,相互作用模式之间的不良模式重叠会导致异相,抵消对非线性增益的贡献,这会阻止这些器件因严格的光学限制而实现更高的转换效率。
 

他们是如何做到的呢?
 

这种类型的波导是半非线性纳米光子波导,其纤芯由两种高折射率材料组成,一种具有较大的χ (2)非线性,而另一种具有消失的χ (2)。。与传统的单片非线性光子芯片相比,通过打破光学非线性的空间对称性,可以优化相位匹配的不同阶模之间的模重叠,从而显着提高转换效率。为了用1550 nm波长的泵浦产生775 nm波长的光,研究人员设计了一种以铌酸锂为非线性介质,非晶态二氧化钛为线性成分的半非线性波导,其增加了超过与准相匹配的块状铌酸锂或模态相匹配的单片薄膜铌酸锂波导相比,二次谐波产生效率高一个数量级。通过实验测量验证了设计的波导。
 

罗彻斯特大学电气与计算机工程副教授兼光学副教授强强表示:“关键是将小型设备与最佳模式重叠相结合”。林是这项研究的首席研究员。
 

“通过周期性极化或取向图案生长进行领域工程,虽然仅适用于一小部分非线性光学材料,但已成功实现了高效的准相位匹配波长转换。现在,我们可能会使用通用概念将这一成功扩展到模态相位匹配设备,”该研究的主要作者瑞罗(Rui Luo)说,他是罗切斯特大学光学研究所的博士研究生。
 

接下来是什么?
 

“半非线性波导可能会基于各种集成的非线性光子平台而打开许多新颖的功能,而高效率可实现低功耗,” Rui Luo说。“此外,非线性介质可以具有非线性增益,而线性介质仅具有线性损耗,这对于非赫米特光子学来说可能很有用。”
 

这项名为《用于高效二次谐波产生的半非线性纳米光子波导》的研究发表在《激光与光子学评论》(Laser&Photonics Reviews)上,并刊登在2019年3月期的封面上。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:weixiang )
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