Konversi Mode Transversal Nonlinier Berdasarkan Rekayasa Domain Feroelektrik pada Lapisan Tipis Litium Niobat

Abstrak
Mode transversal dari pemandu gelombang adalah derajat kebebasan foton yang sedang berkembang, dan konversi frekuensi nonlinier yang penting untuk membangun sirkuit terpadu fotonik multipleks multidimensi untuk komunikasi optik berkapasitas tinggi. Tantangan konversi nonlinier dari mode pemandu gelombang adalah untuk secara bersamaan memenuhi kondisi pencocokan fase dan memaksimalkan integral tumpang tindih nonlinier. Dalam karya ini, sebuah skema diusulkan untuk mencapai konversi mode pemandu gelombang berdasarkan rekayasa domain feroelektrik 2D dalam platform material fotonik terintegrasi yang sedang berkembang dari litium niobat lapisan tipis (TFLN), di mana distribusi periodik longitudinal dari nonlinier orde kedua memastikan konversi frekuensi yang sesuai fase kuasi antara mode pemandu; sementara distribusi transversal dapat memaksimalkan integral tumpang tindih nonlinier. Sebagai percobaan pembuktian prinsip, pemandu gelombang nonlinier dirancang dan dibuat dengan struktur domain feroelektrik 2D pada TFLN Z-cut, dan menunjukkan konversi dari mode TM 00 gelombang fundamental ke mode TM 10 gelombang harmonik kedua. Konversi nonlinier yang efisien dari mode TM 00 ke mode orde tinggi diverifikasi secara numerik. Skema konversi mode pemandu nonlinier yang diusulkan memiliki keunggulan desain yang fleksibel, efisiensi konversi yang tinggi, dan skalabilitas, dan akan meletakkan dasar bagi pengembangan chip fotonik klasik dan kuantum dengan berbagai derajat kebebasan.