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集積光学：二次高調波共鳴による低電力集積光増幅
Nature 649, 8099 doi: 10.1038/s41586-025-09959-z
光増幅器は現代フォトニクスの基礎であり、長距離通信、精密センシング、量子情報処理を可能にしている。エルビウム添加増幅器は、通信分野では主流だが特定の波長帯に限定されているのに対し、半導体増幅器は、より広い帯域をカバーできるが高雑音と非線形ひずみの問題を抱えている。光パラメトリック増幅器（OPA）は、任意の波長域にわたる量子限界での広帯域増幅向けに期待されている。しかし、ワットレベルの電力が必要であることが、この増幅器の小型化と展開の障害となっていた。今回我々は、200 mW未満の入力電力で17 dBを超える利得を達成する、薄膜ニオブ酸リチウム上に集積させたOPAを実証する。これは、以前の実証結果を1桁上回る性能である。今回の二次高調波共鳴の設計により、帯域幅を犠牲にすることなく、再循環による励起生成効率（95％の変換効率）と励起電力利用の両方が増強される。この共鳴アーキテクチャーによって、従来の単一パス設計と比較して有効励起出力がほぼ1桁増強されると同時に、信号と励起が多重化される。我々は、110 nmにわたる平坦な、量子限界に近い雑音性能を実証した。今回の低電力のアーキテクチャーにより、次世代の量子フォトニクスおよび古典フォトニクスに向けた実用的なオンチップOPAが可能になる。
