來自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團隊在集成光學芯片領域取得新進展，該團隊鄒長鈴研究組在集成光子芯片上實現了基於微腔簡併模式的高效光子頻率轉換，並進一步探究了微腔內的級聯非線性光學效應，實現跨波段的頻率轉換和放大。

據悉，相干光學頻率轉換在經典和量子信息領域都有廣泛的應用，如通訊、探測、傳感，成像，同時其也是連接光纖通訊波段和各種原子的躍遷波段的工具，對分佈式量子計算和量子網絡而言更是不可或缺的接口。因此，最近國際上有大量關於實現高效頻率轉換器件的實驗研究。

其中，集成光子芯片上微腔是實現高效率光學頻率轉換和其他非線性光學效應的重要平台，其可以增強光和物質相互作用，並具有體積小、可擴展性高、能耗小等優點。然而，在芯片上實現腔增強的頻率轉換過程，需要滿足三個或更多光學模式的相位匹配，這對於器件的設計、加工和調控提出了非常苛刻的要求。

為此，鄒長鈴研究組提出了一種新穎的簡併和頻效應，僅需要兩個光學模式就可以實現高效率的相干頻率轉換；研究組還實現了工作波長的精確調控，即通過控制芯片基底溫度實現了頻率轉換匹配窗口的粗調，範圍可達100 GHz；除此之外，研究組基於前期光致微腔加熱效應的相關工作，實現了MHz量級的精細調控。

如圖，實驗中實現的1560nm到780nm波長的光子數轉換效率最高可達42%，頻率帶寬可達250GHz，可以滿足後續通訊波段光子與Rb原子互聯的需求。

基於理論並通過實驗驗證了“模式簡併頻率轉換的信號還有可能獲得一定的增益”這一物理現象，研究組預言稱，可通過對芯片的工藝參數的進一步調控實現效率超過100%的頻率轉換，同時實現信號的轉換和放大。

該成果於3月29日在國際學術期刊《物理評論快報》上發表。審稿人對該工作給予高度評價：“Overall, the current work provides a novel way for efficient on-chip frequency conversion, which is extremely important for on-chip quantum information processing, each percentage of conversion efficiency matters in these applications（總的來說，該工作提供了一種高效率片上頻率轉換的新穎方法，這對片上量子信息處理極其重要，轉換效率的每一個百分比在這些應用中都至關重要）”。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.133601