シリコンフォトニクス：非線形集積導波路を用いた超広帯域光増幅

四光波混合は、広帯域低雑音光増幅や波長変換に利用できる非線形光学現象である。この現象は、通信、コンピューティング、計測、イメージング、量子光学への応用に向けて広く研究されてきた。光集積導波路は、小さい占有面積、大きい非線形性、分散を操作できる能力という利点を持ち、異常分散を重要な条件とする高利得で大帯域幅の四光波混合を実現する優れた候補である。シリコン、アルミニウムガリウムヒ素、非線形ガラスなどを用いたさまざまな導波路が研究されているが、異常分散の従来の設計手法ではマルチモード動作につながるために、利得と帯域幅が大幅に低減するという問題を抱えている。今回我々は、超広帯域動作と高効率四光波混合のためにシングルモード動作と異常分散を同時に実現する、非線形導波路を作製する方法論を提示する。我々はこれを窒化シリコン導波路で実現したが、この設計手法は他のプラットフォームでも使用することができる。我々は、高次分散を用いることによって、これらの超低損失集積導波路において300 nmを超えるこれまでにない増幅帯域幅を達成した。200 nm以上の単一光チャネルで、100 Gbit s⁻¹データのペナルティーフリー全光波長変換が実現された。これらのシングルモードの分散操作された非線形導波路は、さまざまな非線形フォトニクス用途において実用的な構成要素となる可能性がある。

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