迈向非线性光学微腔中的极限效率频率转换
光学
2025-05-06 v1
摘要
集成非线性光子学已成为一种变革性平台，实现了具有对传感、计算和计量学重要意义的纳米尺度非线性光学过程。在光学微腔中实现高效非线性频率转换对于充分释放这一潜力至关重要，然而许多过程（如二次谐波产生）的绝对转换效率从根本上受到器件中的耗散损耗与内禀非线性效应的限制。在本工作中，我们为微腔中的 SHG 建立了一个统一的理论框架，并确定了决定性因子 M，用于预测在非线性临界耦合条件下的 ACE 上限。利用该框架，我们制备了集成周期极化铌酸锂微腔，并解决了色散与耗散抑制问题以逼近 NCC 条件。我们在毫瓦级泵浦功率下实现了 61.3% 的创纪录实验 ACE，趋向于极限效率，且随着 M 因子的增大，有望实现更高效率。这些结果为高效非线性光学器件提供了通用范式，为经典与量子光子学应用的进展提供了新机遇。
引用
@article{arxiv.2412.11111,
title = {Toward ultimate-efficiency frequency conversion in nonlinear optical microresonators},
author = {Zhi-Yan Wang and Xiao Wu and Xiao Xiong and Chen Yang and Zhengzhong Hao and Qi-Fan Yang and Yaowen Hu and Fang Bo and Qi-Tao Cao and Yun-Feng Xiao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.11111},
year = {2025}
}