[论文解读] Photonic Integrated Devices for Nonlinear Optics

Lucia Caspani, D. Duchesne+9 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2014

Photonic and Optical Devices参考文献 114被引用 15

一句话总结

本文提出用于非线性光学的集成光子器件，展示了利用AlGaAs波导和CMOS相容的掺杂石英玻璃波导实现高效频率转换。关键成果包括超过100 nm带宽的可调差频生成、超宽带自相位调制，以及在微环谐振器中实现低功率四波混合，适用于通信和计量学应用。

ABSTRACT

We review our recent progresses on frequency conversion in integrated devices, focusing primarily on experiments based on strip-loaded and quantum-well intermixed AlGaAs waveguides, and on CMOS-compatible high-index doped silica glass waveguides. The former includes both second- and third-order interactions, demonstrating wavelength conversion by tunable difference-frequency generation over a bandwidth of more than nm, as well as broadband self-phase modulation and tunable four-wave mixing. The latter includes four-wave mixing using low-power continuous-wave light in microring resonators as well as hyper-parametric oscillation in a high quality factor resonator, towards the realization of an integrated multiple wavelength source with important applications for telecommunications, spectroscopy, and metrology.

研究动机与目标

• 开发紧凑、高效的光子集成电路器件，用于非线性光学频率转换。
• 通过实现微型化、芯片级平台，解决块状非线性光学的局限性。
• 利用集成波导实现超宽带和可调谐波长转换。
• 在CMOS相容材料中实现低功率、高效率的非线性过程，以实现可扩展性。
• 实现多波长光源生成，用于通信和光谱学应用。

提出的方法

• 采用条形加载和量子阱互扩散的AlGaAs波导，以支持二阶和三阶非线性相互作用。
• 采用与CMOS制造工艺相容的高折射率掺杂石英玻璃波导。
• 在AlGaAs波导中实现了超过100 nm带宽的可调差频生成。
• 在AlGaAs波导中实现了超宽带自相位调制和可调四波混合。
• 在掺杂石英玻璃制成的微环谐振器中实现了低功率连续波四波混合。
• 在高Q因子谐振器中实现了超参数振荡，用于集成多波长光源生成。

实验结果

研究问题

• RQ1 集成AlGaAs波导能否支持用于波长转换的超宽带、可调差频生成？
• RQ2 在集成AlGaAs平台中，自相位调制和四波混合在多大程度上可以实现？
• RQ3 能否在CMOS相容的高折射率掺杂石英玻璃波导中高效实现低功率四波混合？
• RQ4 掺杂石英玻璃中的高Q因子微环谐振器能否实现超参数振荡以生成多波长光源？
• RQ5 这些集成非线性光子器件在通信和计量学实际应用中的可扩展性和实用性如何？

主要发现

• 在AlGaAs波导中实现了超过100 nm带宽的可调差频生成。
• 在条形加载AlGaAs波导中实现了超宽带自相位调制，支持超宽频带非线性频率转换。
• 在AlGaAs波导中实验实现了可调四波混合，支持动态波长转换。
• 在高折射率掺杂石英玻璃制成的微环谐振器中实现了低功率连续波四波混合，泵浦功率在毫瓦量级。
• 在高品质因子谐振器中观察到超参数振荡，实现了芯片上多相干波长的生成。
• 在CMOS相容材料中集成非线性过程，为可扩展的多波长光子集成电路铺平了道路。