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A chip-scale second-harmonic source via self-injection-locked all-optical poling

Light(Science & Applications) 2023年第12期12卷 2778-2787页

作者： Marco Clementi Edgars Nitiss Junqiu Liu Elena Durán-Valdeiglesias sofiane belahsene Hélène Debrégeas Tobias JKippenberg Camille-Sophie Brès Photonic Systems Laboratory(PHOSL) École Polytechnique Fédérale de Lausanne1015 LausanneSwitzerland Laboratory of Photonics and Quantum Measurements(LPQM) École Polytechnique Fédérale de Lausanne1015 LausanneSwitzerland Almae Technologies Route de Nozay91460 MarcoussisFrance

Second-harmonic generation allows for coherently bridging distant regions of the optical spectrum,with applications ranging from laser technology to self-referencing of frequency ***,accessing the nonlinear response of a medium typically requires high-power bulk sources,specific nonlinear crystals,and complex optical setups,hindering the path toward large-scale *** we address all of these issues by engineering a chip-scale second-harmonic(SH)source based on the frequency doubling of a semiconductor laser self-injection-locked to a silicon nitride *** injection-locking mechanism,combined with a high-Q microresonator,results in an ultra-narrow intrinsic linewidth at the fundamental harmonic frequency as small as 41 *** to the extreme resonant field enhancement,quasi-phase-matched second-order nonlinearity is photoinduced through the coherent photogalvanic effect and the high coherence is mapped on the generated SH *** show how such optical poling technique can be engineered to provide efficient SH generation across the whole C and L telecom bands,in a reconfigurable fashion,overcoming the need for poling *** device operates with milliwatt-level pumping and outputs SH power exceeding 2 mW,for an efficiency as high as 280%/W under electrical *** findings suggest that standalone,highly-coherent,and efficient SH sources can be integrated in current silicon nitride photonics,unlocking the potential of x(2)processes in the next generation of integrated photonic devices.

关键词： resonator harmonic injection

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