自适应极化打破纳米光子锂铌酸波导中的非线性效率极限
光学
2023-07-24 v1
摘要
非线性频率混频在拓展光源波长范围方面至关重要，对于量子信息与光子信号处理等新兴应用也不可或缺。具有周期极化的传统锂铌酸因其强二阶非线性而成为最常用的频率混频器件。纳米光子锂铌酸波导的近期发展有望借助亚波长光学约束将非线性效率提升数个数量级。然而，纳米光子锂铌酸中固有的纳米尺度不均匀性限制了相干相互作用长度，导致非线性效率低下。因此，纳米光子锂铌酸波导的性能仍远落后于传统对应器件。在此，我们克服了这一限制，在纳米光子锂铌酸波导中展示了远超传统晶体的超高效二阶非线性。这是通过发展自适应极化方法以消除纳米光子锂铌酸波导中纳米尺度不均匀性的影响来实现的。我们在无腔增强的情况下实现了接近 10^4 %/W 的总体二次谐波效率，达到了理论极限。通过色散工程改善了相位匹配带宽与温度可调性。恢复了非线性效率对波导长度的理想平方依赖关系。我们还打破了能量转换比与泵浦功率之间的权衡。在单通配置中以低至 20 mW 的泵浦功率实现了超过 80% 的转换比。
引用
@article{arxiv.2307.11671,
title = {Adapted poling to break the nonlinear efficiency limit in nanophotonic lithium niobate waveguides},
author = {Pao-Kang Chen and Ian Briggs and Chaohan Cui and Liang Zhang and Manav Shah and Linran Fan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.11671},
year = {2023}
}