Efficient Octave-Spanning Parametric Down-Conversion at the Picojoule Level

倍频程(电子) 能量转换效率 参数统计 光学 物理 光子 自发参量下转换 飞秒 非线性光学 波长 光参量放大器 光电子学 激光器 光放大器 量子 量子力学 数学 统计 量子纠缠
作者
Marc Jankowski,Nayara Jornod,Carsten Langrock,Boris Desiatov,Alireza Marandi,Marko Lončar,M. M. Fejer
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:3
摘要

The generation and amplification of photons by parametric down-conversion in quadratic nonlinear media is used as a source of entangled photons, squeezed light, and short optical pulses at difficult to access wavelengths. Optical nonlinearities are inherently weak, and therefore the pump energy required to produce sufficient gain for efficient down-conversion has been limited to energies in excess of nanojoules. Here we use dispersion-engineered nonlinear nanowaveguides driven by femtosecond pulses to demonstrate efficient down-conversion at the picojoule level; we observe parametric gains in excess of 70 decibels with pump pulse energies as little as 4 picojoules. When driven with pulse energies in excess of 10 picojoules these waveguides amplify vacuum fluctuations to $>$10\% of the pump power, and the generated bandwidth broadens to span an octave. These results represent a new class of parametric devices that combine sub-wavelength spatial confinement with femtosecond pulses to achieve efficient operation with remarkably low energy.

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