集成微腔中用于可见光-通信波段纠缠产生的合成五波混频

非线性光学过程因其在线性和量子光源与信息处理中不可或缺的作用，处于光子学与量子光学的核心。过去几十年中，三波混频（$\chi^{(2)}$）与四波混频（$\chi^{(3)}$）效应已被广泛研究，尤其在微纳结构中光子-光子相互作用强度被大幅增强。迄今为止，由于介电材料本征非线性极化率较弱，即便在高质量微腔中，超越$\chi^{(3)}$的高阶非线性也鲜有研究。此处，通过在同一微腔中结合$\chi^{(2)}$与$\chi^{(3)}$过程，首次合成了有效的五波混频过程（$\chi^{(4)}$）。该合成$\chi^{(4)}$的相干性通过产生时间-能量纠缠的可见光-通信波段光子对得以验证，且仅需一台通信波段驱动激光。合成过程的光子对产生速率相比本征五波混频增强了超过$500$倍。我们的工作展示了一种在介观尺度通过光子结构工程而非材料工程实现非线性合成的通用方法，从而为实高阶光学非线性与探索新型功能光子器件开辟了新途径。