Convertisseur élévateur de fréquence orientable en mode spatial à haute intensité vers une intégration sur puce

Une étude publié dans Science opto-électronique discute du convertisseur élévateur de fréquence orientable en mode spatial à haute intensité vers l’intégration sur puce.

Les dispositifs photoniques intégrés composés de micro-lasers, d’amplificateurs, de guides d’ondes optiques, de convertisseurs de fréquence et de modulateurs sur une seule puce, permettant de contrôler les modes spatiaux, les fréquences, les moments cinétiques et les phases des photons, sont essentiels à la préparation d’états quantiques intriqués de grande dimension, traitement de l’information photonique de haute capacité, communication entièrement optique et miniaturisation de l’informatique photonique.

Cependant, les dispositifs à guide d’ondes non linéaires actuels, intégrant des modes spatiaux et des conversions de fréquence photonique, s’appuient fortement sur le contrôle du chemin optique externe et sur des modulateurs spatiaux de lumière, ne parvenant pas à répondre à l’exigence cruciale d’intégration sur puce pour les dispositifs photoniques.

Pour résoudre ce problème, les auteurs de cet article proposent l’intégration sur puce d’un dispositif de conversion ascendante de fréquence non linéaire orientable en mode spatial basé sur la compétition de mode spatial sous une intensité lumineuse de mélange élevée. Cette approche permet d’obtenir des modes spatiaux de haute intensité lors de la conversion de fréquence non linéaire d’un guide d’ondes LN et peut être contrôlée en réglant à la fois la température et les longueurs d’onde fondamentales.

Sur la base du principe d’adaptation de phase inter-modes du guide d’ondes optique, les conditions de température, de fréquence fondamentale du signal et d’intensité requises pour la génération de différents modes spatiaux au cours du processus de conversion ascendante non linéaire ont été déduites, obtenant ainsi les paramètres structurels du mode spatial. guide d’ondes à conversion ascendante de fréquence orientable.

Par la suite, en utilisant la photolithographie combinée au processus de formation d’inversion de structure et à des techniques de coupe de précision avec un couteau diamanté, ils ont fabriqué des guides d’ondes multimodes PPLN qui répondent aux conditions d’adaptation de phase intermode et de conversion ascendante de fréquence non linéaire.

En utilisant un laser DFB de 976 nm comme lumière de pompe et un laser à fibre à largeur de ligne étroite accordable en bande C comme signal lumineux, des sorties orientables à haute intensité entre les modes TM01, TM10 et TM00 ont été obtenues sous des longueurs d’onde de température et de lumière de signal variables.

Étant donné que ce processus ne nécessite pas de contrôle supplémentaire du chemin optique ni d’utilisation de modulateurs spatiaux de lumière volumineux, il constitue une base importante pour une intégration plus poussée sur puce de dispositifs d’intrication quantique de grande dimension et de dispositifs de multiplexage par répartition modale de grande capacité.