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图1：光子分子设计展示了(a)带有微加热器的三个耦合Si3N4环形谐振腔，(b,c)单环与耦合环结构中非线性过程的比较，(d)测得的透射光谱，(e)超模的电场分布，以及(f)环间间隙与频率分裂的关系。

核心设计由三个串联耦合的相同硅氮化物微环谐振腔组成，每个环的半径为50μm。谐振环的横截面为1μm×0.8μm（宽×高），环间间隙为550nm。这种配置形成了所谓的光子分子，谐振腔之间的耦合导致超模的形成——具有独特光谱和空间特性的集体光学态。

该设计的一个重要创新是在每个环上集成了微加热器，实现了对单个谐振腔频率的精确热控制。这种能力使动态调节模式之间的耦合成为可能，从而能够调控系统的局部色散特性。谐振腔通过输入/输出波导与外部连接，使光能够进入和离开系统。

图2：局部群速度色散(GVD)控制和四波混频(FWM)优化，显示了(a-c)不同超模的剩余色散，(d)超模频率的理论计算，(e)超模GVD计算，(f)FWM的光谱，(g)实验测得的超模位置，以及(h)测得的GVD与转换效率。

耦合谐振器系统对每个共振频率都表现出三种不同的超模：反对称(AS)、中心(C)和对称(S)模式。这些超模源于单个环模式的杂化，可以通过谐振腔之间的耦合强度进行控制。超模之间的频率间隔通常在数十吉赫范围内，使用单个激光源和电光调制即可实现相位相干的双泵浦操作。

图3：DOPO测量结果，显示了(a)实验装置，(b)泵浦失谐方案，(c)随失谐变化的光谱，(d)不同色散体系中DOPO产生的比较，(e,f)零色散和正常色散条件下的透射光谱。

当两个泵浦场激发外部超模(AS和S)时，信号会在中心(C)模式中产生，这就是该系统中的DOPO产生过程。该过程依赖于四波混频，其中两个泵浦光子结合产生一对相同频率的信号光子。集成的微加热器提供了对相位匹配条件的精确控制，使DOPO过程得到优化。

图4：时间稳定性测量，显示了(a)多个脉冲中DOPO信号幅度的波动，以及(b)单个DOPO脉冲与输入泵浦脉冲的详细对比。

在正常色散体系中，系统展示了高效的DOPO产生，信号水平达到泵浦功率的-17dB以内。尽管谐振腔的品质因数适中(Q≈2.2×105)且超模之间的空间重叠相比单环设计有所减少，仍然取得了这样的性能。

图5：克尔梳形成和模式交叉效应分析，显示了(a-d)不同条件下光谱的演化，以及(e)基模与高阶模式之间的模式交叉证据。

虽然展示的系统显示出良好的性能，但仍然存在一些需要解决的挑战。这些包括管理影响稳定性的热效应、抑制不需要的高阶模式，以及提高整体转换效率。未来的发展可能会集中在结合先进的设计策略，如非线性绝热耦合器或选择性损耗机制，以提升系统性能。

该平台在光量子信息处理方面显示出特殊优势，在这一领域中，产生和操控光量子态的能力极为关键。结合硅氮化物光子技术的集成能力，对DOPO过程展示的控制水平使这种方法在扩展量子系统中极具应用价值。

基于三重态光子分子的DOPO方法代表了集成非线性光学领域的进展，动态控制谐振腔之间的耦合和调节局部色散的能力为优化非线性光学过程提供了新方法。