紧凑、无空间模相互作用、超低损耗的非线性光子集成电路
光学
2021-09-15 v1 应用物理
摘要
基于集成电路的非线性光子学已实现参量放大器、孤子频率梳、超连续谱以及非互易器件等应用。超低光学损耗与色散工程能力至关重要，这需要采用多模波导。尽管不同空间波导本征模之间的丰富相互作用可产生新颖的非线性现象，空间模相互作用通常不受欢迎，因为它会增加光学损耗、扰动局部色散分布并阻碍孤子形成。绝热弯曲（例如曲率随路径长度线性变化的 Euler 弯曲）一直被用于抑制空间模相互作用。绝热弯曲本质上可通过绝热模转换连接任意两段波导，从而有效避免由模失配引起的模混合。然而，以往工作缺乏定量测量数据与分析来公平评估绝热性，且并非基于具有紧密光学限制和每米数 dB 光学损耗的光子集成电路。在此，我们调整、优化并实现了 Euler 弯曲，以构建基于超低损耗、多模氮化硅光子集成电路的紧凑跑道形微谐振器。该跑道形微谐振器具有仅 0.21 mm^2 的小面积（对应 19.8 GHz FSR）。我们定量研究了带 Euler 弯曲的跑道形微谐振器中空间模相互作用的抑制。我们表明光学损耗率（15.5 MHz）得以保持，与模相互作用强度（25 MHz）相当。这导致了未受扰动的微谐振器色散分布。我们进一步展示了 19.8 GHz 重复频率的单孤子。优化后的 Euler 弯曲与跑道形微谐振器可作为集成非线性光子系统、可编程处理器及光子量子计算的关键构建模块。
引用
@article{arxiv.2109.06764,
title = {Compact, spatial-mode-interaction-free, ultralow-loss, nonlinear photonic integrated circuits},
author = {Xinru Ji and Junqiu Liu and Jijun He and Rui Ning Wang and Zheru Qiu and Johann Riemensberger and Tobias J. Kippenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.06764},
year = {2021}
}