周期性渐变锂铌酸盐纳米光波导中的芯片基面对面干涉测量技术

《Laser & Photonics Reviews》：Chip-Based f-2f Interferometry in Periodically Tapered Lithium Niobate Nanophotonic Waveguides

　　摘要

利用共存的??(2)χ(2)$\chi ^{(2)}$和??(3)χ(3)$\chi ^{(3)}$非线性效应，纳米光子超连续谱的产生为基于芯片的??f$f$-2??f$f$干涉测量提供了可行途径。在传统的均匀波导中，二次谐波产生（SHG）的相位匹配带宽本质上较窄，这限制了异频拍频的光谱重叠程度。为解决这一局限，我们采用掺镁氧的Z向切割锂铌酸钙薄膜制成周期性锥形纳米光子波导，以实现高效且易于制造的??f$f$-2??f$f$操作。通过在同时支持色散波发射和SHG的双相位匹配窗口内渐变调整波导宽度，我们成功实现了SHG成分与色散波成分之间的宽光谱重叠。这一特性使得能够在远低于均匀波导方法的脉冲能量下，准确检测载波-包络偏移频率（??ceofceo$f_\mathrm{ceo}$）。此外，我们还开发了一种紧凑型波导模块，该模块能在温度波动环境下稳定工作，并能与高重复频率（500 MHz）的锁模激光器相连，从而以48 dB的信噪比实现??ceofceo$f_\mathrm{ceo}$的检测与锁相。这些结果凸显了纳米光子芯片在开发紧凑型、可现场部署的频率梳系统方面的潜力。

利益冲突

刘先文、迟欣燕、刘拓、詹碧岩和张浩轩为该项研究中提出的波导结构相关专利申请（编号CN2026105017887）的发明人。其他作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

本研究的相关数据可在合理请求下从对应作者处获取。