Uno studio pubblicato su Opto-Electronic Science discute del convertitore di frequenza orientabile in modalità spaziale ad alta intensità verso l'integrazione su chip.
Dispositivi fotonici integrati costituiti da micro-laser, amplificatori, guide d'onda ottiche, convertitori di frequenza e modulatori su un singolo chip, che consentono il controllo sulle modalità spaziali, sulle frequenze, sui momenti angolari e sulle fasi dei fotoni, sono essenziali per preparare stati entangled quantistici ad alta dimensione, elaborazione delle informazioni sui fotoni ad alta capacità, comunicazione completamente ottica e miniaturizzazione del calcolo fotonico.
Tuttavia, gli attuali dispositivi a guida d'onda non lineare, che integrano modalità spaziali e conversioni di frequenza dei fotoni, fanno molto affidamento sul controllo esterno del percorso ottico e sui modulatori spaziali della luce, non riuscendo a soddisfare il requisito cruciale dell'integrazione su chip per i dispositivi fotonici.
Per risolvere questo problema, gli autori di questo articolo propongono l'integrazione su chip di un dispositivo di conversione della frequenza non lineare orientabile in modalità spaziale basato sulla competizione in modalità spaziale in condizioni di elevata intensità luminosa di miscelazione. Questo approccio raggiunge modalità spaziali ad alta intensità durante la conversione di frequenza non lineare di una guida d'onda LN e può essere controllato sintonizzando sia la temperatura che le lunghezze d'onda fondamentali.
Sulla base del principio di corrispondenza di fase intermodale della guida d'onda ottica, sono state dedotte la temperatura, la frequenza fondamentale del segnale e le condizioni di intensità richieste per la generazione di diverse modalità spaziali durante il processo di conversione non lineare, ottenendo i parametri strutturali della modalità spaziale guida d'onda orientabile con conversione di frequenza.
Successivamente, utilizzando la fotolitografia combinata con il processo di formatura dell'inversione della struttura e tecniche di taglio di precisione con un coltello diamantato, hanno fabbricato guide d'onda multimodali PPLN che soddisfano le condizioni per la corrispondenza di fase intermodale e l'up-conversion di frequenza non lineare.
Utilizzando un laser DFB da 976 nm come luce della pompa e un laser a fibra a larghezza di linea stretta sintonizzabile in banda C come luce del segnale, sono state ottenute uscite orientabili ad alta intensità tra le modalità TM01, TM10 e TM00 a temperature e lunghezze d'onda della luce del segnale variabili.
Poiché questo processo non richiede un controllo aggiuntivo del percorso ottico o l'utilizzo di ingombranti modulatori di luce spaziale, pone una base importante per un'ulteriore integrazione su chip di dispositivi di entanglement quantistico ad alta dimensione e dispositivi di multiplexing a divisione di modalità di grande capacità.
Ulteriori informazioni: Haizhou Huang et al, Convertitore di frequenza orientabile in modalità spaziale ad alta intensità verso l'integrazione su chip, Scienza optoelettronica (2024). DOI:10.29026/oes.2024.230036
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