面向高产率非线性光子学的多时间尺度频率-相位匹配

集成非线性光子学在实现晶圆级功能器件良率方面面临巨大挑战。纳米级的制造工艺误差往往会破坏能量与动量守恒非线性过程所必须的严格频率-相位匹配。为此，我们引入了“嵌套频率-相位匹配 (nested frequency-phase matching)”，这是一种能够放宽这些限制条件的被动方案，并在基于商用氮化硅 (SiN) 耦合环形谐振器的双时间尺度晶格中实现了谐波产生。这种嵌套晶格能够在无需几何微调的情况下，被动地在基波、二次、三次及四次谐波频段同时产生超宽带光，并实现了 100% 的多功能晶圆级器件良率。独特的空间和光谱特征证实了频率-相位匹配条件的预期放宽，从而为芯片级非线性光学建立了一条可扩展的路径。我们的方法为集成频率转换与同步、自参考、精密计量、压缩光源以及非线性光学计算提供了广阔的应用前景。