Efficient telecom-to-visible spectral translation through ultralow power nonlinear nanophotonics

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作者
Xiyuan Lu,Grégory Moille,Qing Li,Daron Westly,Anshuman Singh,Ashutosh Rao,Su‐Peng Yu,Travis C. Briles,Scott B. Papp,Kartik Srinivasan
出处
期刊:Nature Photonics [Springer Nature]
卷期号:13 (9): 593-601 被引量:101
标识
DOI:10.1038/s41566-019-0464-9
摘要

The ability to spectrally translate lightwave signals in a compact, low-power platform is at the heart of the promise of nonlinear nanophotonic technologies. For example, a device to link the telecommunications band with visible and short near-infrared wavelengths can enable a connection between high-performance chip-integrated lasers based on scalable nanofabrication technology with atomic systems used for time and frequency metrology. While second-order nonlinear (\chi^(2)) systems are the natural approach for bridging such large spectral gaps, here we show that third-order nonlinear (chi^(3)) systems, despite their typically much weaker nonlinear response, can realize spectral translation with unprecedented performance. By combining resonant enhancement with nanophotonic mode engineering in a silicon nitride microring resonator, we demonstrate efficient spectral translation of a continuous-wave signal from the telecom band (~ 1550 nm) to the visible band (~ 650 nm) through cavity-enhanced four-wave mixing. We achieve such translation over a wide spectral range >250 THz with a translation efficiency of (30.1 +/- 2.8) % and using an ultra-low pump power of (329 +/- 13) uW. The translation efficiency projects to (274 +/- 28) % at 1 mW and is more than an order of magnitude larger than what has been achieved in current nanophotonic devices.
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