层极化铌酸锂纳米光波导中的高效光子对产生
光学
2024-10-10 v1 量子物理
摘要
集成光子对源对于可扩展的光子量子系统至关重要。薄膜铌酸锂是通过自发参量下转换（SPDC）在芯片上产生光子对的有前景的平台。然而，器件实现面临实际挑战。周期性极化铌酸锂（PPLN）尽管能够实现灵活的准相位匹配，但存在制备可靠性差和器件重复性低的问题；而传统的模式相位匹配（MPM）方法由于模式重叠不足，效率有限。在此，我们引入了一种用于高效产生光子对的层极化铌酸锂（LPLN）纳米光波导。它利用通过电极化实现的逐层极性反转来打破空间对称性，并显著增强 MPM 的非线性相互作用，实现了 4615% W^{-1}cm^{-2} 的显著归一化二次谐波产生（SHG）转换效率。通过级联 SHG 和 SPDC 过程，我们在 3.3 mm 长的 LPLN 波导中演示了光子对的产生，其归一化亮度为 3.1*10^6 Hz nm^{-1} mW^{-2}，在类似工作配置下超越了现有的片上源。至关重要的是，与 PPLN 器件相比，我们的 LPLN 波导具有更高的制备可靠性，并降低了对几何变化和温度波动的敏感性。我们期望 LPLN 成为片上非线性波长转换和非经典光产生的有前景的解决方案，并立即应用于量子通信、网络以及片上光子量子信息处理。
引用
@article{arxiv.2405.10943,
title = {Efficient photon-pair generation in layer-poled lithium niobate nanophotonic waveguides},
author = {Xiaodong Shi and Sakthi Sanjeev Mohanraj and Veerendra Dhyani and Angela Anna Baiju and Sihao Wang and Jiapeng Sun and Lin Zhou and Anna Paterova and Victor Leong and Di Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.10943},
year = {2024}
}