中国科学技术大学 信用:CC0公共领域 由教授领导的团队
郭广灿教授
中国科学院中国科学技术大学的邹长龄通过简并和频过程实现了微型谐振器的高效频率转换，并通过观察微型谐振器内部的级联非线性光学效应实现了跨带频率转换和转换信号的放大
这项研究发表在《物理评论快报》上
相干变频技术在通信、探测、传感和成像等经典和量子信息领域有着广泛的应用
相干频率转换作为光纤通信和原子跃迁之间连接波段的桥梁，是分布式量子计算和量子网络的必要接口
集成非线性光子芯片因其通过微谐振器增强光-物质相互作用来改善非线性光学效应的显著技术进步，以及诸如小尺寸、大可扩展性和低能耗等其他优点而引人注目
这使得集成非线性光子芯片成为有效转换光频和实现其他非线性光学效应的重要平台
然而，片上谐振增强相干频率转换需要不同波长之间的多个(三个或更多)模式的相位匹配条件，这对器件的设计、制造和调制提出了重大挑战
特别是在原子和分子光谱学的应用中，集成非线性光子芯片的纳米制造技术带来的固有误差使得微谐振器的谐振频率难以匹配原子跃迁频率
研究人员在这项研究中提出了一个高效率的相干频率转换的新方案，只需要通过简并和频过程的双模相位匹配条件
他们实现了频率窗口(FW)的精确调谐:通过以100 GHz的调谐范围调节设备温度来进行粗略调谐；基于集成微腔中全光热控制的先前工作，以兆赫级进行微调
结果表明，在从1560纳米宽到780纳米宽的光子数转换期间，获得的最佳效率高达42%，表明频率调谐带宽超过250千兆赫
这满足了电信光子和铷原子的互连
此外，研究人员通过实验验证了单个微谐振器内部级联的χ(2)和克尔非线性光学效应来放大之前被忽略的转换信号
因此，通过调整器件制造参数，同时实现信号转换和放大，最高转换效率有可能达到100%以上
该研究为片上高效频率转换提供了一种新的途径，这对于片上量子信息处理极其重要
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