Efficient Second-Harmonic Generation in Adapted-Width Waveguides Based on Periodically Poled Thin-Film Lithium Niobate

铌酸锂 材料科学 二次谐波产生 光学 光电子学 薄膜 激光器 物理 纳米技术
作者
Junjie He,Lian Liu,Mianjie Lin,Houhong Chen,Fei Ma
出处
期刊:Micromachines [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (9): 1145-1145 被引量:14
标识
DOI:10.3390/mi15091145
摘要

Frequency conversion process based on periodically poled thin-film lithium niobate (PPTFLN) has been widely recognized as an important component for quantum information and photonic signal processing. Benefiting from the tight confinement of optical modes, the normalized conversion efficiency (NCE) of nanophotonic waveguides is improved by orders of magnitude compared to their bulk counterparts. However, the power conversion efficiency of these devices is limited by inherent nanoscale inhomogeneity of thin-film lithium niobate (TFLN), leading to undesirable phase errors. In this paper, we theoretically present a novel approach to solve this problem. Based on dispersion engineering, we aim at adjusting the waveguide structure, making local waveguide width adjustment at positions of different thicknesses, thus eliminating the phase errors. The adapted waveguide width design is applied for etched and loaded waveguides based on PPTFLN, achieving the ultrahigh power conversion efficiency of second harmonic generation (SHG) up to 2.1 × 104%W−1 and 6936%W−1, respectively, which surpasses the power conversion efficiency of other related works. Our approach just needs standard periodic poling with a single period, significantly reducing the complexity of electrode fabrication and the difficulty of poling, and allows for the placing of multiple waveguides, without individual poling designs for each waveguide. With the advantages of simplicity, high production, and meeting current micro–nano fabrication technology, our work may open a new way for achieving highly efficient second-order nonlinear optical processes based on PPTFLN.
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