近日，中國科學院上海光學精密機械研究所聯合華東(dong) 師範大學、華南理工大學、之江實驗室等單位，基於(yu) 高品質因子的薄膜铌酸鋰微盤腔，實現了高效的橫向非線性光學頻率轉換。

高階非線性光學過程是推動深紫外相幹光源、量子通信和超快光學等領域發展的關(guan) 鍵物理基礎。然而，這類過程即使借助高品質因子的光學微腔來增強光與(yu) 物質相互作用，仍麵臨(lin) 高階非線性極化率隨階數指數衰減以及嚴(yan) 格的寬帶相位匹配要求這兩(liang) 個(ge) 挑戰。

該研究通過設計薄膜铌酸鋰微盤腔的色散，並采用飛秒激光光刻輔助化學機械拋光技術，製備出高品質因子的微盤腔。在1546 nm波段連續激光泵浦下，該铌酸鋰微腔在1713 nm和1922 nm波長處分別產(chan) 生雙向受激拉曼散射（SRS）和級聯SRS信號。其中，雙向SRS信號在微腔內(nei) 誘導生成自組織的光折變光柵，提供了額外的光學動量，補償(chang) 後續非線性過程所需的相位失配。同時，受背向瑞利散射影響，部分前向傳(chuan) 輸的泵浦光被轉化為(wei) 背向模式。隨著泵浦光波長從(cong) 1545.6 nm連續調諧到1546.1 nm，雙向傳(chuan) 輸的泵浦光將與(yu) 同樣雙向傳(chuan) 輸的級聯SRS信號逐步發生和頻、四波到六波混頻的非線性頻率轉換過程。受相位匹配條件約束，這些雙向傳(chuan) 輸的非線性信號主要以近乎垂直於(yu) 微腔平麵的角度向腔外發射，以微小角度差出射的非線性輻射信號經幹涉在CCD上形成了周期排布性的條紋，具有較高的轉換效率。其中，和頻轉換效率達590%/W。

上述成果有望應用於(yu) 片上量子光源產(chan) 生、光信息顯示、高靈敏傳(chuan) 感、集成光信息處理等場景，將推動片上紫外光源和多通道量子通信等領域的發展。

相關(guan) 研究成果作為(wei) 編輯推薦文章，發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

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橫向多波混頻過程