Conversor ascendente de frequência orientável em modo espacial de alta intensidade para integração no chip

a) Esquema do dispositivo SFG orientável em modo espacial dependente de temperatura/comprimento de onda; (b) no esquema de controle de temperatura, a conversão ascendente detectada acende com (i) modos TM01, (ii) TM10 e (iii) TM00 a 30°C, 40°C e 60°C, respectivamente, em um largo branco; (c) no esquema de direção de comprimento de onda, o SFG detectado acende com (i) modos TM00, (ii) TM01 e (iii) TM10 em 597,46, 597,99 e 598,41 nm, respectivamente, em um branco largo; (d) imagem microscópica do conjunto de guias de ondas PPMgLN fabricado em um wafer LT (inserção:perfil detalhado do terceiro guia de ondas); (e) vista em corte transversal do quinto guia de ondas selecionado nos experimentos; (f) a estrutura de votação fabricada com um período de 10,2 μm. EDFLs, sistema de laser de fibra dopada com íon érbio; SM LD, laser de diodo acoplado a fibra monomodo; WDM, multiplexador por divisão de comprimento de onda; CLEN, lente colimadora; ASL, lente asférica; TEC, refrigerador termoelétrico. Crédito:Ciência Opto-Eletrônica (2024). DOI:10.29026/oes.2024.230036

Um estudo publicado na Opto-Electronic Science discute conversor ascendente de frequência orientável em modo espacial de alta intensidade para integração no chip.

Dispositivos fotônicos integrados que consistem em microlasers, amplificadores, guias de onda ópticos, conversores de frequência e moduladores em um único chip, permitindo o controle sobre os modos espaciais, frequências, momentos angulares e fases do fóton, são essenciais para a preparação de estados emaranhados quânticos de alta dimensão, processamento de informações de fótons de alta capacidade, comunicação totalmente óptica e miniaturização da computação fotônica.

No entanto, os atuais dispositivos de guia de ondas não lineares, integrando modos espaciais e conversões de frequência de fótons, dependem fortemente de controle de caminho óptico externo e moduladores de luz espacial, falhando em atender ao requisito crucial de integração no chip para dispositivos fotônicos.

Para resolver isso, os autores deste artigo propõem a integração no chip de um dispositivo de conversão ascendente de frequência não linear direcionável de modo espacial baseado na competição de modo espacial sob alta intensidade de luz de mistura. Esta abordagem atinge modos espaciais de alta intensidade durante a conversão de frequência não linear de um guia de ondas LN e pode ser controlada ajustando a temperatura e os comprimentos de onda fundamentais.

Com base no princípio de correspondência de fase entre modos do guia de ondas óptico, foram deduzidas a temperatura, a frequência fundamental do sinal e as condições de intensidade necessárias para a geração de diferentes modos espaciais durante o processo de conversão ascendente não linear, obtendo os parâmetros estruturais do modo espacial. guia de ondas de conversão ascendente de frequência orientável.

Posteriormente, utilizando fotolitografia combinada com o processo de formação de inversão de estrutura e técnicas de corte de precisão com faca de diamante, eles fabricaram guias de onda multimodo PPLN que atendem às condições para correspondência de fase intermodo e conversão ascendente de frequência não linear.

Usando um laser DFB de 976 nm como luz de bomba e um laser de fibra de largura de linha estreita ajustável de banda C como luz de sinal, saídas orientáveis de alta intensidade entre os modos TM01, TM10 e TM00 foram alcançadas sob temperatura variável e comprimentos de onda de luz de sinal.

Uma vez que este processo não requer controle de caminho óptico adicional ou o uso de moduladores de luz espacial volumosos, ele estabelece uma base importante para maior integração no chip de dispositivos de emaranhamento quântico de alta dimensão e dispositivos de multiplexação por divisão de modo de grande capacidade.

Mais informações: Haizhou Huang et al, Conversor ascendente de frequência orientável de modo espacial de alta intensidade para integração no chip, Opto-Electronic Science (2024). DOI:10.29026/oes.2024.230036
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Física