美国大学联合研究新型波长转换结构 对未来PIC发展意义重大

  Iccsz讯 众所周知，在给定的材料中，不同波长的光的传播速度是不一样的，为了实现不同波长间的转换，需要使它们具备相同的动量或相位。来自美国哈佛大学的研究人员针对该问题表示：“开发集成光子电路最大的挑战之一就是控制光的动量。”

  在很多设备中，设计人员已经在集成电路的多个点上进行动量匹配或相位匹配，研究团队提出一个问题：如果在某些情况下相位匹配过程可以被抵消，那该怎么办?

  哈佛大学工程与应用科学学院的研究人员与纽约哥伦比亚大学Fu基金工程与应用科学学院的合作者共同开发了一个系统，能够在不进行相位匹配的情况下实现将一种波长转换为另一种波长，该项研究已经发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

图为新型波长转换结构示意图

  单一波长

  研究人员MarkoLon?ar教授评论说：“任何波长转换过程都必须足够高效，必须精心设计以实现相位匹配，而且只能在单一波长下工作。 相比之下，我们的工作不需要满足相位匹配的要求，并且可以在广泛的颜色范围内实现波长转换。”

  新的转换器依赖于集成在铌酸锂波导中、由硅纳米结构阵列组成的转换表面。 光线通过波导，沿途与纳米结构相互作用，纳米结构阵列就像一个电视天线，能够接收光信号，操纵其动量并将其重新发回波导。

  研究人员Cheng Wang表示：“不同于大多数的表面——光线在垂直于表面的方向上变化，这我们的结构中，光与变形表面相互作用，同时被限制在波导内。通过这种方式，我们既利用了转换表面对动量的控制，又利用了波导长时间的相互作用距离。”

  双波长

  研究人员已经证明，他们可以实现倍频，如将近红外波长的光转换成红色的光，且能在宽带宽内高效率工作。在之前的研究工作中，研究小组已经实现了用相似的结构来控制和转换导波的极化模式。

  哥伦比亚大学应用物理学助理教授Nanfang Yu表示：“该集成的转换面与其他相位匹配机制不同，它提供了一个单向的光学动量，将光能从一个颜色分量耦合到另一个颜色分量，同时抑制了逆过程，这对于实现宽带非线性转换是至关重要的。下一步工作计划是展示基于转换平面的宽带集成光子器件，用于实现光学调制等其他功能。”

  项目资助

  该研究由美国国家科学基金，美国空军和美国国防先期研究计划局共同资助。