I ricercatori realizzano una conversione di frequenza ad alta efficienza su un chip fotonico integrato

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Abstract:
Un team guidato dal Prof. GUO Guangcan e dal Prof.ZOU Changling dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina dell'Accademia cinese delle scienze ha realizzato una conversione di frequenza efficiente nei microrisonatori tramite un processo di somma-frequenza degenerato e ha ottenuto amplificazione del segnale convertito attraverso l'osservazione degli effetti ottici non lineari in cascata all'interno del microrisonatore. Lo studio è stato pubblicato su Physics Review Letters.

I ricercatori realizzano una conversione di frequenza ad alta efficienza su un chip fotonico integrato

Hefei, Cina | Pubblicato il 23 aprile 2021

Il processo di conversione della frequenza coerente ha un'ampia applicazione nei campi dell'informazione classica e quantistica come la comunicazione, il rilevamento, il rilevamento e l'imaging. Come ponte che collega le bande d'onda tra le telecomunicazioni in fibra e la transizione atomica, la conversione di frequenza coerente è un'interfaccia necessaria per il calcolo quantistico distribuito e le reti quantistiche.

Il chip fotonico non lineare integrato si distingue per i suoi significativi progressi tecnologici nel miglioramento degli effetti ottici non lineari mediante il microrisonatore che migliora l'interazione luce-materia, insieme ad altri vantaggi come dimensioni ridotte, grande scalabilità e basso consumo energetico. Questi rendono i chip fotonici non lineari integrati un'importante piattaforma per nascondere la frequenza ottica in modo efficiente e realizzare altri effetti ottici non lineari.

Tuttavia, la conversione di frequenza coerente potenziata dalla risonanza su chip richiede più (tre o più) modalità di condizione di corrispondenza di fase tra lunghezze d'onda distinte, il che impone sfide significative alla progettazione, fabbricazione e modulazione dei dispositivi. Soprattutto nell'applicazione della spettroscopia atomica e molecolare, l'errore intrinseco portato dalla tecnica di nanofabbricazione dei chip fotonici non lineari integrati rende la frequenza di risonanza del microrisonatore difficile da abbinare alla frequenza di transizione atomica.

I ricercatori di questo studio hanno proposto un nuovo schema per la conversione di frequenza coerente ad alta efficienza che richiede solo la condizione di corrispondenza di fase a due modalità tramite un processo di somma-frequenza degenere. Hanno ottenuto una sintonizzazione precisa della finestra di frequenza (FW): sintonizzazione grossolana regolando la temperatura del dispositivo con un intervallo di sintonizzazione di 100 GHz; sintonizzazione fine con il livello MHz in base al lavoro precedente di controllo termico completamente ottico in una microcavità integrata.

I risultati hanno mostrato che la migliore efficienza raggiunta era fino al 42% durante la conversione del numero di fotoni da una lunghezza d'onda di 1560 nm a una larghezza di 780 nm, indicando una larghezza di banda di sintonizzazione della frequenza superiore a 250 GHz. Ciò ha soddisfatto l'interconnessione dei fotoni delle telecomunicazioni e degli atomi di rubidio (Rb).

Inoltre, i ricercatori hanno verificato sperimentalmente gli effetti ottici non lineari χ (2) e Kerr all'interno di un singolo microrisonatore per amplificare il segnale convertito, che in precedenza era stato trascurato. Pertanto, la massima efficienza di conversione poteva raggiungere oltre il 100% attraverso la regolazione dei parametri di fabbricazione del dispositivo, soddisfacendo simultaneamente il segnale convertito e amplificato.

Questo studio fornisce un nuovo modo per un'efficiente conversione di frequenza su chip, che è estremamente importante per l'elaborazione delle informazioni quantistiche su chip.

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Contatti:
Jane FAN Qiong
86-551-636-07280

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