Whoscored(中国·中文)官网-专注足球数据分析的专业平台

Whoscored中文官网 | 编译自 Photonics Media

美国国家标准与技术研究所（NIST）的研究人员极大地提高了一系列芯片级设备的效率和功率输出，这些设备在使用同一输入激光源的同时输出不同颜色的激光。研究人员开发了带有光学参数振荡器的片上微谐振器，支持一系列不同的量子技术的运行，如微型光学原子钟和量子计算机。这些技术将需要在一个小的空间区域内，同时获得多种能够广泛变化的激光颜色。

此外，由于研究人员的方法可以应用于现有的具有异质集成泵浦激光器的硅基光电子技术平台，这一发展可以在广泛的波长范围内以高输出功率和效率，实现灵活的相干光生成。

研究人员首先研究了非线性光学器件，包括那些由氮化硅制成的器件，在这些器件中，进入器件的激光颜色可能与器件输出的颜色不同。他们实验了将进入的光转换为两种不同的频率，并证明了转换过程可以在氮化硅微谐振器内发生。当光线绕着环形微谐振器飞行数千次后，它变得足够强大，可以被转换成两种不同的频率。然后这两种颜色被耦合到一个波导中，将光传送到需要的地方。

微谐振器的尺寸和输入激光的颜色决定了会产生哪些颜色。研究人员制造了几个不同的微谐振器，每一个的尺寸都略有不同，以便在一个单一的芯片上提供一系列的输出颜色，所有这些都来自同一个输入激光。

尽管这是重要的第一步，但研究人员发现这个过程的效率非常低，将不到0.1%的输入激光转化为两种输出颜色中的一种。导致这种低效率的主要原因可以追溯到微谐振器环和波导之间的不良耦合。

四个纳米光子谐振器，每个几何形状略有不同，从同一个近红外泵浦激光器产生不同颜色的可见光。由NIST提供。 

研究人员将直波导重新设计为U形，并环绕环的一部分。他们利用耦合模式模拟设计了宽带滑轮波导耦合器。用于宽带、近临界耦合的滑轮波导利用了波导-谐振器耦合率和转换效率之间的联系。这一修改使研究小组有可能将大约15%的入射光线转换为所需的输出颜色，是之前实验中转换量的150倍以上。

此外，转换后的光目前在从可见光到近红外的一系列波长上表现出超过1 mW的功率。研究人员估计，信号波和空转波的片上输出功率在1至5毫瓦之间。这足以从单个原子或类似原子的系统（如量子点）产生光的量子态，如单光子态。这些毫瓦级的功率也可以为激光器的稳定工作提供足够的功率。

增加环和波导之间的耦合，抑制可能干扰颜色转换的效应，进一步提高了该技术的功率输出和效率。这些增强措施进一步提高了输出激光的功率，高达20毫瓦，并允许多达29%的入射激光被转换为所需的输出颜色。研究人员通过抑制竞争过程和对输出光进行强耦合来实现高性能。

通过在一个与硅基光电子技术兼容的平台上开发的该方法，使得研究人员可以在实验室环境之外进行大规模部署。