2023
Introduction of achievements
— 成果介绍 —
无刻蚀薄膜铌酸锂-硫系玻璃异质集成材料平台实现高效参量频率转换效应广东省光电芯片系统重点实验室
前言：
近日，广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室李焱博士后与暨南大学郭晓洁副研究员合作，展示了基于无刻蚀薄膜铌酸锂-硫系玻璃异质集成波导结构实现高性能参量频率转换。通过将薄膜铌酸锂与硫系材料结合，研究人员获得了高效的二次谐波产生，并且观察到了级联二次谐波/差频产生过程。该技术方案为拓展硫系材料平台在量子信息处理、光谱学等方面的潜在应用提供了重要依据。
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研究背景
基于二阶非线性光学效应实现参量频率转换在很多经典光学和量子光学应用中发挥着重要作用。近年来，随着薄膜铌酸锂加工技术的日趋成熟，其诸多材料优势被不断挖掘，利用铌酸锂材料平台获得高效的二阶非线性效应引起了研究学者们的广泛关注。但之前报道的结果多数需要直接刻蚀铌酸锂材料或者对其进行周期极化，制备工艺较为复杂，技术门槛高。针对上述难题，团队提出根据模式相位匹配原理对无刻蚀薄膜铌酸锂-硫系材料波导结构实现色散调控，满足二阶非线性过程中的相位匹配条件，进而获得了高效的频率转换过程。
本方案中采用的硫系材料（ChGs）具备较宽的透明窗口、折射率可灵活调控、弹光系数大以及独特的三阶非线性光学特性等优势，可被用于实现片上微波光子学器件、高效声光调制器、光声成像阵列和微腔克尔光频梳等，但其二阶非线性光学效应微弱，限制了硫系材料平台的应用场景。本方案充分发挥了硫系材料现有的优势，进一步与铌酸锂薄膜结合，弥补了其二阶非线性效应的短板，为丰富硫系材料在光子集成回路技术中的功能提供借鉴。
02
成果展示
该成果以“Efficient parametric frequency conversions in chalcogenide-loaded etchless thin-film lithium niobate waveguides”为题，2024年1月25日在线发表于Laser & Photonics Review光学杂志上。基于团队在高品质硫系波导加工方面积累的丰富经验，研究人员获得了低损耗、色散可调控的LN-GeSbS异质集成波导器件，波导截面示意图以及有效折射率计算曲线如图2所示：
图4 级联二次谐波/差频产生结果
本工作提供了一种工艺简单、可实现高效参量频率转换的实施方案，同时也印证了硫系光子材料与其他材料平台具有良好的兼容性。
03
论文介绍
Efficient parametric frequency conversions in chalcogenide-loaded etchless thin-film lithium niobate waveguides
宋景翠、彭苑强、郭晓洁、陈志荣、肖铭坤、冯天华、傅志豪、杨水仙、万磊、李焱、吕超、李朝晖
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202301128
供稿：宋景翠
排版：唐万婵
初审：杨楠
审核：李朝晖
审定发布：刘飞
