用于高效二次谐波生成的半非线性纳米光子波导

摘要： 二次光学参量过程构成了经典与量子频率转换相关应用的基础，近年来在片上集成实现方面引起了显著关注。这些过程依赖于相互作用导模间的相位匹配，而折射率工程是实现这一目标的主要方法。遗憾的是，由于空间对称性的固有模态失配，目前已开发的模态相位匹配方法仅能产生效率较低的参量生成。本文提出了一种通用设计原理和操作方案，用于在集成光子平台上实现高效光学参量生成。通过打破器件光学非线性的空间对称性，非线性参量相互作用可得到显著增强。基于该原理，我们设计并制备了异质氧化钛/铌酸锂纳米光波导，其理论归一化二次谐波转换效率高达2900% W?1 cm?2，实测效率达到650% W?1 cm?2，远超传统模态相位匹配方法的极限。与材料选择性的非线性畴工程不同，该操作原理可灵活应用于任何其他片上二次非线性平台，支持超高效率的光学参量生成。