原標題：中國科大集成光學芯片領域新進展，實現高效光子頻率轉換

中國科學技術大學（中國科大）在集成光學芯片領域取得了新進展，成功實現了高效光子頻率轉換。這一成果由郭光燦院士團隊中的鄒長鈴研究組完成，并在集成光子芯片上實現了基于微腔簡并模式的高效光子頻率轉換。以下是關于這一新進展的詳細歸納：

一、研究背景與意義

• 集成光子芯片上微腔能夠增強光和物質相互作用，提升非線性光學效應，同時具有體積小、可擴展性高、能耗小等優點。

• 相干光學頻率轉換在經典和量子信息領域都有廣泛的應用，如通訊、探測、傳感、成像等，是連接光纖通訊波段和各種原子的躍遷波段的工具，對分布式量子計算和量子網絡而言更是不可或缺的接口。

二、研究內容與成果

• 研究組在集成光子芯片上實現了基于微腔簡并模式的高效光子頻率轉換。

• 進一步探究了微腔內的級聯非線性光學效應，實現了跨波段的頻率轉換和放大。

• 實驗中，實現的1560納米到780納米波長的光子數轉換效率最高可達42%，頻率帶寬可達250GHz，可以滿足后續通訊波段光子與Rb原子互聯的需求。

• 研究組還從理論出發，考慮了微腔內的克爾效應以及級聯二階非線性光學效應，發現模式簡并頻率轉換的信號還有可能獲得一定的增益。

• 實驗上驗證了這一重要的物理現象，并預言可以通過對芯片的工藝參數的進一步調控實現效率超過100%的頻率轉換，同時實現信號的轉換和放大。

三、技術難點與解決方案

• 在芯片上實現腔增強的頻率轉換過程需要滿足三個或更多光學模式的相位匹配，對器件的設計、加工和調控提出了非常苛刻的要求。

• 微納加工工藝帶來的誤差使得微腔的共振頻率與原子的躍遷線幾乎不可能實現匹配。

• 研究組提出了一種新穎的簡并和頻效應，僅需要兩個光學模式就可以實現高效率的相干頻率轉換。

• 實現了工作波長的精確調控：通過控制芯片基底溫度實現了頻率轉換匹配窗口的粗調，范圍可達100GHz；基于前期光致微腔加熱效應的相關工作，實現了MHz量級的精細調控。

四、應用前景與展望

• 這一研究成果為集成光學芯片在量子計算和量子網絡等領域的應用提供了重要支持。

• 未來，隨著技術的進一步發展，有望實現更高效、更穩定的光子頻率轉換，推動相關領域的發展。

綜上所述，中國科大在集成光學芯片領域的新進展為相關領域的研究和應用提供了重要支持，展示了中國在高科技領域的創新能力和發展潛力。