論文の概要: Bidirectional Nonlinear Optical Tomography: Unbiased Characterization of Off- and On-Chip Coupling Efficiencies

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.13110v1
• Date: Wed, 15 Oct 2025 03:06:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-16 20:13:28.483921
• Title: Bidirectional Nonlinear Optical Tomography: Unbiased Characterization of Off- and On-Chip Coupling Efficiencies
• Title（参考訳）: 双方向非線形光トモグラフィー:オフチップとオンチップ結合効率の非バイアス評価
• Authors: Bo-Han Wu, Mahmoud Jalali Mehrabad, Dirk Englund,
• Abstract要約: BNOTは、オフチップ計測をオンチップ量にリンクする方向対応光学トモグラフィーである。 信頼区間が狭い個々のインタフェース効率を推定する。 非線形過程におけるオフチップとオンチップのカップリング効率の非バイアス特性を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5552383564266608
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Accurate evaluation of nonlinear photonic integrated circuits requires separating input and output coupling efficiencies (i.e., $\eta_1$ and $\eta_2$), yet the conventional linear-transmission calibration method recovers only their product (i.e., $\eta_1\eta_2$) and therefore introduces systematic bias when inferring on-chip performance from off-chip data. We present bidirectional nonlinear optical tomography (BNOT), a direction-aware metrology that uses forward and backward pumping of complementary nonlinear probes, with process-appropriate detection, to break the ``degeneracy'' of $\eta_1\eta_2$ and estimate individual interface efficiencies with tight confidence intervals. The method links off-chip measurements to on-chip quantities through a compact observation model that explicitly incorporates pump fluctuations and detector noise, and it frames efficiency extraction as a joint constrained optimization. Monte Carlo studies show unbiased convergence of the estimated efficiencies to ground truth with low error across realistic operating regimes. Using these efficiency estimates to reconstruct on-chip nonlinear figures of merit yields distributions centered on the true values with reduced variance, whereas conventional ``degenerate'' calibration is biased and can substantially misestimate on-chip performance. BNOT is hardware-compatible and platform-agnostic, and provides unbiased characterization of off- and on-chip coupling efficiencies across nonlinear processes, enabling reproducible, coupling-resolved benchmarking for scalable systems in quantum optics, frequency conversion, and precision metrology.
• Abstract（参考訳）: 非線形フォトニック集積回路の正確な評価には、入力と出力のカップリング効率(例えば$\eta_1$と$\eta_2$)を分離する必要があるが、従来の線形伝送校正法は、その製品(例えば$\eta_1\eta_2$)のみを回収し、オフチップデータからチップ上の性能を推定する際に体系的なバイアスをもたらす。 本稿では,2方向非線形光トモグラフィー (BNOT) について述べる。これは,相補的非線形プローブを前後にポンピングし,プロセスに適した検出を行い,$\eta_1\eta_2$の 'degeneracy'' を破り,個々のインターフェース効率を厳密な信頼区間で推定する。 ポンプのゆらぎと検出器ノイズを明示的に組み込んだコンパクトな観測モデルにより、オフチップ計測とオンチップ量とをリンクし、共同制約最適化として効率抽出を行う。 モンテカルロの研究では、推定された効率の非バイアス収束が、現実的な運用体制全体にわたって低い誤差で真実を根拠とすることを示している。 これらの効率推定を用いて、利点の非線形数値は、分散を減らした真の値を中心とする分布を復元するが、従来の「縮退」キャリブレーションは偏りがあり、オンチップ性能を著しく誤算することができる。 BNOTは、ハードウェア互換でプラットフォーム非依存であり、非線形プロセス間のオフチップとオンチップのカップリング効率の非バイアス特性を提供し、量子光学、周波数変換、高精度メトロジーにおけるスケーラブルなシステムの再現可能でカップリング解決されたベンチマークを可能にする。

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