4月8日消息,从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队 邹长铃研究组,在集成光子芯片上实现了基于微腔简并模式的高效光子频率转换,并进一步探究了微腔内的级联非线性光学效应,实现跨波段的频率转换和放大。相关成果日前在线发表于国际学术期刊《物理评论快报》上。


相干光学频率转换在经典和量子信息领域都有广泛的应用,如通讯、探测、传感,成像,同时也是连接光纤通讯波段和各种原子的跃迁波段的工具,对分布式量子计算和量子网络而言更是不可或缺的接口,是实现高效率光学频率转换和其他非线性光学效应的重要平台。然而,在芯片上实现腔增强的频率转换过程,需要满足三个或更多光学模式的相位匹配,这对于器件的设计、加工和调控提出了非常苛刻的要求。特别是针对于原子分子光谱相关的应用中,集成光子芯片的微纳加工工艺带来的误差使得微腔的共振频率与原子的跃迁线几乎不可能实现匹配。


中科大首次在集成光子芯片上实现基于微腔简并模式的高效光子频率转换


为此,研究人员提出了一种新颖的简并和频效应,仅需要两个光学模式就可以实现高效率的相干频率转换。并且,他们还实现了工作波长的精确调控:通过控制芯片基底温度实现了频率转换匹配窗口的粗调,范围可达100 GHz;基于前期光致微腔加热效应的相关工作,实现了MHz量级的精细调控。他们在实验中实现的1560纳米到780纳米波长的光子数转换效率最高可达42%,频率带宽可达250GHz。研究组进一步从理论出发,发现模式简并频率转换的信号还有可能获得一定的增益这一重要的物理现象,这在之前的光学相干频率转换的研究中被忽略了。他们实验上验证并预言可以通过对芯片的工艺参数的进一步调控实现效率超过100%的频率转换,同时实现信号的转换和放大。


审稿人对该工作给予了高度评价:“这对片上量子信息处理极其重要,转换效率的每一个百分比在这些应用中都至关重要”。


集成电路产业是国民经济中基础性、关键性和战略性的产业,作为现代信息产业的基础和核心产业之一,在保障国家安全等方面发挥着重要的作用,是衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志。国家为扶持集成电路行业发展,制定了多项引导政策及目标规划。


中科大首次在集成光子芯片上实现基于微腔简并模式的高效光子频率转换


第一,国家为规范集成电路行业的竞争秩序,加强对集成电路相关知识产权的保护力度,相继出台了《集成电路设计企业及产品认定暂行管理办法》、《集成电路布图设计保护条例》、《集成电路布图设计保护条例实施细则》等法律法规,为集成电路行业的健康发展提供了政策保障。


第二,国家出台了若干优惠政策,从投融资、税收、出口等各个方面鼓励支撑电路行业的发展,具体政策包括《财政部、税务总局、国家发展改革委、工业和信息化部关于集成电路生产企业有关企业所得税政策问题的通知》、《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》等,为集成电路企业的发展创造了有利的市场环境。


第三,国家指定了《集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法》、《国务院关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知》等目标规划,将集成电路装备列为国家科技重大专项,积极推进各项政策的实施。国家政策的落地实施为产业发展破解融资瓶颈提供了保障,有力促进集成电路专用设备行业的可持续良性发展。


文章来源: 科技日报

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