論文の概要: Ultra-low-power second-order nonlinear optics on a chip

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.05617v1
• Date: Wed, 10 Feb 2021 18:22:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-12 00:39:22.629144
• Title: Ultra-low-power second-order nonlinear optics on a chip
• Title（参考訳）: チップ上の超低消費電力2次非線形光学
• Authors: Timothy P. McKenna, Hubert S. Stokowski, Vahid Ansari, Jatadhari Mishra, Marc Jankowski, Christopher J. Sarabalis, Jason F. Herrmann, Carsten Langrock, Martin M. Fejer, Amir H. Safavi-Naeini
• Abstract要約: 2階非線形光学プロセスは、ある波長から別の波長への光を変換し、量子絡み合いを生成するために用いられる。 ここでは、薄膜ニオブ酸リチウムフォトニック回路において、周波数倍率とパラメトリック振動を効率よく示す。 これらの共鳴二階非線形回路は、新興の非線形および量子フォトニクスプラットフォームの重要な部分を形成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Second-order nonlinear optical processes are used to convert light from one wavelength to another and to generate quantum entanglement. Creating chip-scale devices to more efficiently realize and control these interactions greatly increases the reach of photonics. Optical crystals and guided wave devices made from lithium niobate and potassium titanyl phosphate are typically used to realize second-order processes but face significant drawbacks in scalability, power, and tailorability when compared to emerging integrated photonic systems. Silicon or silicon nitride integrated photonic circuits enhance and control the third-order optical nonlinearity by confining light in dispersion-engineered waveguides and resonators. An analogous platform for second-order nonlinear optics remains an outstanding challenge in photonics. It would enable stronger interactions at lower power and reduce the number of competing nonlinear processes that emerge. Here we demonstrate efficient frequency doubling and parametric oscillation in a thin-film lithium niobate photonic circuit. Our device combines recent progress on periodically poled thin-film lithium niobate waveguidesand low-loss microresonators. Here we realize efficient >10% second-harmonic generation and parametric oscillation with microwatts of optical power using a periodically-poled thin-film lithium niobate microresonator. The operating regimes of this system are controlled using the relative detuning of the intracavity resonances. During nondegenerate oscillation, the emission wavelength is tuned over terahertz by varying the pump frequency by 100's of megahertz. We observe highly-enhanced effective third-order nonlinearities caused by cascaded second-order processes resulting in parametric oscillation. These resonant second-order nonlinear circuits will form a crucial part of the emerging nonlinear and quantum photonics platforms.
• Abstract（参考訳）: 2次非線形光学過程は、ある波長から別の波長に光を変換し、量子の絡み合いを生成するために用いられる。 これらの相互作用をより効率的に実現し制御するためのチップスケールデバイスの作成は、フォトニクスの到達範囲を大きく増加させる。 ニオブ酸リチウムとリン酸カリウムからなる光学結晶や導波デバイスは、一般的に二次プロセスを実現するために用いられるが、新しい統合フォトニックシステムと比較してスケーラビリティ、電力、調整性に重大な欠点がある。 シリコンまたは窒化ケイ素集積フォトニック回路は、分散工学導波路および共振器内の光を閉じ込めることで3次光非線形性を高め制御する。 2階非線形光学の類似プラットフォームは、フォトニクスにおいて際立った課題である。 低出力でのより強い相互作用を可能にし、競合する非線形過程の数を減少させる。 ここでは、薄膜ニオブ酸リチウムフォトニック回路において、周波数倍率とパラメトリック振動を効率よく示す。 ニオブ酸リチウム薄膜導波路と低損失マイクロ共振器の最近の進歩を組み合わせる。 ここでは, 周期的な薄膜窒化リチウムマイクロ共振器を用いて, 光出力のマイクロワットを用いた高効率な第2高調波発生とパラメトリック発振を実現する。 このシステムの動作機構は、キャビティ内共鳴の相対的デチューニングを用いて制御される。 非退化振動の間、出力波長はテラヘルツで調整され、ポンプ周波数を100メガヘルツに変化させる。 パラメトリック振動を生じる2次カスケード過程による高エンハンス有効3次非線形性を観察した。 これらの共鳴二階非線形回路は、新興の非線形および量子フォトニクスプラットフォームの重要な部分を形成する。

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