在现代光通信中，集成非线性光学器件发挥着重要的作用。然而，当应用于非线性光学应用时，具有均匀或周期性平移维度的常规片上光学器件，通常具有有限的带宽。到目前为止，还没有通用的方法，以设计在宽带连续频率范围内工作的紧凑型非线性光学器件。
近日，南京大学 黄春雨Chunyu Huang，刘辉Hui Liu等，新加坡 南洋理工大学（Nanyang Technological University）罗宇Yu Luo等，在Nature Photonics上发文，提出了基于变换光学的通用策略，以设计具有空间梯度曲率的弯曲加速波导，从而在芯片上，实现了宽带非线性频率转换。
通过严格的解析计算，研究发现了在非线性过程中，增加加速度（即波导曲率的梯度）会使输出信号频谱变宽。在实验中，以和频产生红外信号上转换为例，利用绝缘体上铌酸锂薄膜，制作了各种弯曲的加速波导。在宽带连续频谱上，观察到了有效的和频产生。
这种保角变换conformal mapping方法。为各种非线性光学过程提供了新平台，并且可以在任何频率范围内工作（包括可见光、红外和太赫兹波段）。除了绝缘体上的铌酸锂，这种方法也适用于其他非线性材料（如硅、氮化硅和硫系玻璃等）。
A conformal mapping approach to broadband nonlinear optics on chip.
片上宽带非线性光学的保角变换方法。
图1:宽带和频产生红外信号上转换sum-frequency generation for infrared signal upconversion，SFG-ISU的弯曲加速波导curved accelerating waveguide，CAW示意图。
图2: 在弯曲加速波导CAWS中，和频产生红外信号上转换SFG-ISU机制的理论分析。
图3: 增强型和频产生红外信号上转换SFG-ISU的实验演示。
图4: 具有不同加速度的弯曲加速波导CAW中，宽带和频产生SFG的实验演示。
文献链接
Huang, C., Luo, Y., Zhao, Y. et al. A conformal mapping approach to broadband nonlinear optics on chip. Nat. Photon. (2024).
https://doi.org/10.1038/s41566-024-01386-2
本文译自Nature。
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