中國科學技術大學郭光燦院士團隊鄒長鈴研究組在集成光學芯片上實現了基于微腔簡并模式的高效光子頻率轉換，并進一步探究了微腔內的級聯非線性光學效應，實現跨波段的頻率轉換和放大。該成果日前發表于《物理評論快報》。審稿人認為，該工作提供了一種高效率片上頻率轉換的新方法，對片上量子信息處理極其重要。
相干光學頻率轉換在經典和量子信息領域均有廣泛應用。集成光學芯片上微腔可以增強光和物質相互作用，所以可以提升非線性光學效應，同時還具有體積小、可擴展性高、能耗小等優點，是實現高效率光學頻率轉換和其他非線性光學效應的重要平臺。
在芯片上實現腔增強的頻率轉換過程，需要滿足三個或更多光學模式的相位匹配，這對于器件設計、加工和調控提出非常苛刻的要求。特別是在原子分子光譜相關應用中，集成光學芯片的微納加工工藝帶來的誤差，使得微腔的共振頻率與原子的躍遷線幾乎不可能匹配。
鄒長鈴研究組提出一種新穎的簡并和頻效應，僅需兩個光學模式就可以實現高效率的相干頻率轉換。此外，他們還實現工作波長的精確調控：通過控制芯片基底溫度實現頻率轉換匹配窗口的粗調，范圍可達100吉赫；基于前期光致微腔加熱效應的相關工作，實現了兆赫量級的精細調控。他們在實驗中實現的1560納米到780納米波長的光子數轉換效率最高可達42%，頻率帶寬可達250吉赫。（桂運安）
相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.133601
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