【光学前沿】片上飞秒激光频率转换技术取得重大突破
在量子信息网络和光子学领域，实现不同波长间的量子比特传输是关键技术之一。为了满足这一需求，宽带上转换功能的开发变得尤为重要。最近，一项关于片上飞秒激光频率转换的新方案，实现了非线性带宽的数十倍提高，为光子学领域带来了革命性的进展。
研究背景
宽带二阶非线性过程在波分复用网络、超短脉冲非线性、量子密钥分配和宽带单光子源生成等领域具有广泛的应用。实现大带宽非线性过程需要在较宽的频谱范围内满足相位匹配条件，即基频与非线性谐波的群速度和相速度需要在时域上同时匹配。
研究亮点
上海交通大学的陈玉萍教授和陈险峰教授领导的课题组，在X切薄膜铌酸锂(TFLN)微纳光子结构上实现了非线性带宽的大幅提高。他们利用双折射诱导的倍频光模式杂化，实现了十至几十倍的倍频带宽增大。这一成果不仅在理论上具有创新性，而且在实际应用中具有极高的价值。
技术细节
研究人员设计并制备了跑道型微环谐振器，利用自发准相位匹配（SQPM）技术，在弯道部分由于双折射效应，二次谐波(SH)将发生模式杂化，有效折射率将发生改变，波矢色散也将发生变化。通过精密的结构设计实现了不需极化的准相位匹配非线性过程。
研究意义
这一基于双折射诱导模式杂化的宽带非线性频率转换方案，为具有高双折射特性的光学平台，如薄膜铌酸锂，提供了便捷可行、高效宽带的集成非线性解决方案。随着制造工艺的发展，片上器件的损耗将会降低，该方案可与CMOS工艺兼容，实现超短脉冲的片上无展宽频率转换。
未来展望
这项技术有望取代利用KDP晶体实现飞秒激光进行频率转换的传统方案，为未来提供芯片级别的量子光源和信息处理应用方向提供极大的空间。这不仅将推动光子学技术的发展，还可能对量子通信、光计算等领域产生深远影响。非线性带宽的折射率仪技术发展和应用开辟了新的道路。
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2025-11-17
