利用二阶非线性光学，科学家化“腐朽”为神奇：将其它颜色变为绿色

技术正日益向小型化和能源效率方向发展，电子芯片也是如此。光，以及更广泛的光学，在制造紧凑型和便携式芯片方面具有功能性。由光子系统实验室Camille Brès教授领导的研究人员已经成功地应用了一种新的原理，将二阶非线性光学引入氮化硅芯片中。

研究员表示：“其实在使用绿色激光指示器时，激光器本身不是绿色的——因为难以制造。我们改变了现有激光器的频率。它发射的频率是绿色的一半，然后我们通过利用晶体中的非线性将其加倍，这样就可以得到绿色。我们的研究包括将这一功能集成到可以用电子学（CMOS）的标准技术制造的芯片上。得益于此，我们将能够在芯片上有效地产生不同颜色的光。”

该方法以前从未被实施过，因为目前与CMOS工艺兼容的光子芯片使用标准的光子材料，如硅，它不具备二阶非线性，因此本质上不具备以这种方式转换光线的能力。

由于这种技术，芯片的效率得到了明显的提高。但是，研究员发现了一个新的制约因素。当使用谐振器时，可用的颜色也受到了限制。研究员解释：“事实上，非线性效应的有效性也取决于不同的颜色之间的相位一致，而它们不可避免地具有不同的传播速度。就像高速公路上的两辆车。我们希望在快车道上的那辆汽车减速，而另一辆汽车加速，这样它们就可以进行互动。”

这个过程通常只在非常受限的情况下才能实现。研究人员找到了一个解决方案，避免了这种限制，并使用谐振器造出了多种颜色。在谐振器中，研究员让光波传播产生相干的互动，改变了材料的属性。结构的自组织是以一种全光方式实现的，无论输入的颜色是什么，它都能自动补偿相位不匹配。

研究人员总结说：“我们规避了谐振器的一个关键限制，并因其强大的效率而获益。”

该研究论文题为" Optically reconfigurable quasi-phase-matching in silicon nitride microresonators"，已发表在Nature Photonics期刊上。前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：nature.com/articles/s41566-021-00925-5