采用层极化模态相位匹配的薄膜铌酸锂波导中具有制造容差的频率转换
光学
2025-05-07 v1 应用物理
摘要
由于其高二次非线性磁化率和低传播损耗，绝缘体上薄膜铌酸锂（TFLN）是激光频率转换和产生量子光态的理想平台。频率转换通常通过电场极化的准相位匹配（QPM）实现。然而，该方案对波导尺寸、极化周期和占空比表现出非常高的灵敏度，导致相位匹配波长和效率缺乏可重复性，这反过来限制了TFLN频率转换器在复杂电路中的推广，并阻碍了晶圆级生产。在此，我们提出了一种层极化模态相位匹配（MPM），其对制造不确定性的鲁棒性比传统QPM高5到10倍，且理论上效率更高。通过沿波导全长选择性极化其底部，二次谐波在更高阶波导模式上高效产生。我们通过在代工工艺制造后对TFLN波导进行极化作为后处理来验证此方法。我们进行了容差分析，并将实验结果与同一波导上的传统QPM二次谐波产生过程进行了比较。然后，我们展示了如何通过在同一波导中利用同时发生的二次谐波产生和差频产生，利用MPM在电信波长获得高效的带内频率转换过程。
引用
@article{arxiv.2505.03402,
title = {Fabrication-tolerant frequency conversion in thin film lithium niobate waveguide with layer-poled modal phase matching},
author = {O. Hefti and J. -E. Tremblay and A. Volpini and Y. Koyaz and I. Prieto and O. Dubochet and M. Despont and H. Zarebidaki and C. Caër and J. Berney and S. Lecomte and H. Sattari and C. -S. Brès and D. Grassani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.03402},
year = {2025}
}
备注
12, 7, submitted to APL Photonics