Un equipo dirigido por el Prof. GUO Guangcan y el Prof. ZOU Changling de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia de Ciencias de China realizó una conversión de frecuencia eficiente en microrresonadores a través de un proceso degenerado de suma-frecuencia. y logró la conversión de frecuencia de banda cruzada y la amplificación de la señal convertida mediante la observación de los efectos ópticos no lineales en cascada dentro del microrresonador. El estudio fue publicado en Cartas de revisión física .

El proceso de conversión de frecuencia coherente tiene una amplia aplicación en los campos de información clásica y cuántica, como la comunicación, detección, sintiendo e imágenes. Como puente que conecta las bandas de ondas entre las telecomunicaciones de fibra y la transición atómica, La conversión de frecuencia coherente es una interfaz necesaria para la computación cuántica distribuida y las redes cuánticas.

El chip fotónico no lineal integrado se destaca por sus importantes avances tecnológicos para mejorar los efectos ópticos no lineales mediante microrresonadores que mejoran la interacción luz-materia, junto con otras ventajas como el tamaño pequeño, gran escalabilidad, y bajo consumo energético. Estos hacen que los chips fotónicos no lineales integrados sean una plataforma importante para convertir la frecuencia óptica de manera eficiente y realizar otros efectos ópticos no lineales.

Sin embargo, la conversión de frecuencia coherente mejorada por resonancia en el chip requiere múltiples (tres o más) modos de condición de coincidencia de fase entre distintas longitudes de onda, lo que impone importantes desafíos al diseño de los dispositivos, fabricación, y modulación. Especialmente en la aplicación de espectroscopía atómica y molecular, el error intrínseco provocado por la técnica de nanofabricación de chips fotónicos no lineales integrados hace que la frecuencia de resonancia del microrresonador sea difícil de igualar la frecuencia de transición atómica.

Los investigadores de este estudio propusieron un nuevo esquema para la conversión de frecuencia coherente de alta eficiencia que requiere solo la condición de coincidencia de fase de dos modos a través de un proceso de frecuencia de suma degenerado. Lograron una sintonización precisa de la ventana de frecuencia (FW):sintonización aproximada ajustando la temperatura del dispositivo con un rango de sintonización de 100 GHz; Ajuste fino con nivel de MHz basado en trabajos previos de control térmico totalmente óptico en una microcavidad integrada.

Los resultados mostraron que la mejor eficiencia lograda fue de hasta el 42% durante la conversión del número de fotones de una longitud de onda de 1560 nm de ancho a 780 nm de ancho. indicando un ancho de banda de sintonización de frecuencia superior a 250 GHz. Esto satisfizo la interconexión de fotones de telecomunicaciones y átomos de rubidio (Rb).

Además, los investigadores verificaron experimentalmente los efectos ópticos no lineales χ (2) y Kerr en cascada dentro de un solo microrresonador para amplificar la señal convertida, que fue descuidado antes. Por lo tanto, la eficiencia de conversión más alta tenía el potencial de alcanzar más del 100% mediante el ajuste de los parámetros de fabricación del dispositivo, cumpliendo simultáneamente señal convertida y amplificada.

Este estudio proporciona una forma novedosa de conversión de frecuencia en chip eficiente, que es extremadamente importante para el procesamiento de información cuántica en chip.