基于模拟的集成光子腔设计，用于频率复用的自发参量下转换

《Physical Review Applied》：Simulation-guided design of an integrated photonic cavity for frequency-multiplexed spontaneous parametric down-conversion

　　频率复用的窄带宽、高对生成效率纠缠光子对源是量子网络的关键使能技术。我们提出了一项基于仿真的集成光子跑道型谐振腔自发参量下转换（SPDC）源设计研究，该源同时具备上述三项特性。核心结果为模拟所得的90对双谐振信号和闲频频率模式对，其有效频率空间施密特数为89.62，平均单岛纯度为0.960，平均带宽为1.08 GHz，平均自由光谱范围为51.9 GHz，总内部对生成率效率为1.16 GHz·mW?1。在确定性波长分束条件下，折叠后的45对态的有效频率空间施密特数为44.93。为支撑上述预测，我们推导了经典腔参数（谐振频率、衰减率和耦合系数）与量子联合光谱振幅及对生成率之间的闭式解析关系，将Raymer的色散介质量子化形式推广至非线性光学腔情形。我们展示了如何将经典电磁场仿真与这一解析框架相结合，在制造前预测集成光子源的量子品质因数。制造和实验验证留待后续工作。