近日，中山大學(xué)副教授張彥峰、教授余思遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)利用單個氮化硅微環(huán)成功實(shí)現(xiàn)了頻率和空間拓?fù)浜啥S參數(shù)空間的相干光梳。相關(guān)成果在線發(fā)表于《激光與光子學(xué)評論》。
相干性是光波最基本的特性之一，也是大量光學(xué)儀器、光子元器件、集成光子芯片的物理原理基礎(chǔ)。在過去的十多年里，基于片上光子集成器件分別在空間和頻率等維度對光波相干性的調(diào)控也取得了顯著進(jìn)展，集成渦旋光發(fā)射和集成微腔光學(xué)頻率梳（以下簡稱光頻梳）產(chǎn)生分別成為二者的典型例子。前者通過在微環(huán)諧振腔側(cè)壁上引入角向光柵，將腔內(nèi)光場輻射到空間中形成攜帶空間拓?fù)浜桑ㄒ韵潞喎Q軌道角動量）的相干渦旋光束；后者則利用微環(huán)中的非線性光學(xué)效應(yīng)將單頻連續(xù)波泵浦光轉(zhuǎn)化為具有等頻率間隔的多頻率相干光波。
研究團(tuán)隊(duì)繼2012年首次提出并實(shí)驗(yàn)演示基于微環(huán)諧振腔和角向光柵的硅基集成渦旋光發(fā)射器件后，近年來一直致力于發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)的超低損耗氮化硅光子集成材料低溫制備技術(shù)，基于自主制備的高品質(zhì)因子氮化硅微環(huán)諧振腔進(jìn)一步深入開展集成渦旋光發(fā)射器研究并同時開展微腔光頻梳的研究。在集成渦旋光發(fā)射器方面，提出并實(shí)現(xiàn)了一種調(diào)控光子橫向自旋角動量與軌道角動量耦合過程的新途徑，首次觀察到光子的自旋霍爾效應(yīng)。在集成微腔光頻梳方面，實(shí)現(xiàn)了世界首例CMOS全兼容氮化硅微環(huán)相干孤子光頻梳芯片，并利用側(cè)壁光柵調(diào)控其特性，實(shí)現(xiàn)了高能量轉(zhuǎn)換效率、高光譜對稱性的光頻梳產(chǎn)生。
在上述工作基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開展光波在多物理參數(shù)維度空間內(nèi)的相干性調(diào)控研究。通過將基于微環(huán)的空間渦旋光發(fā)射和光頻梳產(chǎn)生過程相結(jié)合，提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種同時攜帶不同頻率（f）和空間拓?fù)浜桑╨）的二維相干光梳。由于微腔光學(xué)頻率梳的多個“梳齒”頻率天然地與微環(huán)的多個諧振頻率一一匹配，通過在微環(huán)內(nèi)引入角向光柵，即可將頻率維度的多頻相干光波映射為空間拓?fù)浜删S度的多個相干渦旋光波，共軸地輻射出每根梳齒攜帶不同頻率和不同拓?fù)浜傻膄-l二維相干光梳。實(shí)現(xiàn)這類相干光梳的關(guān)鍵在于具有光柵的微環(huán)諧振腔器件制備過程中既要保證產(chǎn)生光學(xué)頻率梳所必需的高品質(zhì)因子（Q值），又要兼顧將其轉(zhuǎn)換為渦旋光場的輻射效率—后者不可避免地會導(dǎo)致Q值降低、從而影響光頻梳的產(chǎn)生。
該研究團(tuán)隊(duì)通過合理地設(shè)計(jì)光柵尺寸并優(yōu)化材料和工藝，成功地在自主研發(fā)的低損耗、高Q值氮化硅光柵微環(huán)中同時實(shí)現(xiàn)了相干光頻梳產(chǎn)生和渦旋光輻射。通過對輻射至自由空間中的光波進(jìn)行表征，證實(shí)其具備f-l梳的頻率—拓?fù)浜蓪?yīng)耦合關(guān)系，從而實(shí)驗(yàn)演示了f-l二維光梳的產(chǎn)生。團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步研究了該類光梳的調(diào)控，通過泵浦光和微環(huán)諧振模式之間的頻域（f）相對調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)了從1倍FSR到11倍FSR的梳齒間隔調(diào)控。如果對角向光柵和微環(huán)諧振模式之間的相對調(diào)諧，還可以實(shí)現(xiàn)光梳在f-l二維空間的線性平移。
該類高維物理參數(shù)空間的光梳在光通信、光傳感、量子信息處理、高維糾纏和時空光束產(chǎn)生等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/lpor.202300837
本文鏈接：高維空間的相干光束產(chǎn)生研究獲突破http://m.sq15.cn/show-11-3027-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會到餡餅，請大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。