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Milliwatt-threshold visible–telecom optical parametric oscillation using silicon nanophotonics
Optica ( IF 8.4 ) Pub Date : 2019-12-19 , DOI: 10.1364/optica.6.001535 Xiyuan Lu 1, 2 , Gregory Moille 1, 2 , Anshuman Singh 1, 2 , Qing Li 1, 2, 3 , Daron A Westly 1 , Ashutosh Rao 1, 2 , Su-Peng Yu 4, 5 , Travis C Briles 4, 5 , Scott B Papp 4, 5 , Kartik Srinivasan 1, 6
Optica ( IF 8.4 ) Pub Date : 2019-12-19 , DOI: 10.1364/optica.6.001535 Xiyuan Lu 1, 2 , Gregory Moille 1, 2 , Anshuman Singh 1, 2 , Qing Li 1, 2, 3 , Daron A Westly 1 , Ashutosh Rao 1, 2 , Su-Peng Yu 4, 5 , Travis C Briles 4, 5 , Scott B Papp 4, 5 , Kartik Srinivasan 1, 6
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The on-chip creation of coherent light at visible wavelengths is crucial to field-level deployment of spectroscopy and metrology systems. Although on-chip lasers have been implemented in specific cases, a general solution that is not restricted by limitations of specific gain media has not been reported, to the best of our knowledge. Here, we propose creating visible light from an infrared pump by widely separated optical parametric oscillation (OPO) using silicon nanophotonics. The OPO creates signal and idler light in the 700 nm and 1300 nm bands, respectively, with a 900 nm pump. It operates at a threshold power of $ (0.9 \pm 0.1)\,\,{\rm mW} $, over $ 50 \times $ smaller than other widely separated microcavity OPO works, which have been reported only in the infrared. This low threshold enables direct pumping without need of an intermediate optical amplifier. We further show how the device design can be modified to generate 780 nm and 1500 nm light with a similar power efficiency. Our nanophotonic OPO shows distinct advantages in power efficiency, operation stability, and device scalability, and is a major advance towards flexible on-chip generation of coherent visible light.
中文翻译：
使用硅纳米光子学的毫瓦阈值可见光-电信光学参量振荡
芯片上产生可见波长的相干光对于光谱和计量系统的现场部署至关重要。尽管片上激光器已在特定情况下实现，但据我们所知，尚未报道不受特定增益介质限制的通用解决方案。在这里，我们建议使用硅纳米光子学通过广泛分离的光学参量振荡（OPO）从红外泵产生可见光。 OPO 使用 900 nm 泵浦分别产生 700 nm 和 1300 nm 波段的信号光和闲散光。它的工作阈值功率为$ (0.9 \pm 0.1)\,\,{\rm mW} $ ，比其他仅在红外范围内报道的广泛分离的微腔 OPO 工作小超过$50 \times $ 。这种低阈值可以实现直接泵浦，无需中间光放大器。我们进一步展示了如何修改设备设计以产生具有相似功率效率的 780 nm 和 1500 nm 光。我们的纳米光子 OPO 在功率效率、运行稳定性和设备可扩展性方面显示出明显的优势，是灵活片上相干可见光生成的重大进步。
更新日期：2019-12-21
中文翻译：
使用硅纳米光子学的毫瓦阈值可见光-电信光学参量振荡
芯片上产生可见波长的相干光对于光谱和计量系统的现场部署至关重要。尽管片上激光器已在特定情况下实现，但据我们所知，尚未报道不受特定增益介质限制的通用解决方案。在这里，我们建议使用硅纳米光子学通过广泛分离的光学参量振荡（OPO）从红外泵产生可见光。 OPO 使用 900 nm 泵浦分别产生 700 nm 和 1300 nm 波段的信号光和闲散光。它的工作阈值功率为$ (0.9 \pm 0.1)\,\,{\rm mW} $ ，比其他仅在红外范围内报道的广泛分离的微腔 OPO 工作小超过$50 \times $ 。这种低阈值可以实现直接泵浦，无需中间光放大器。我们进一步展示了如何修改设备设计以产生具有相似功率效率的 780 nm 和 1500 nm 光。我们的纳米光子 OPO 在功率效率、运行稳定性和设备可扩展性方面显示出明显的优势，是灵活片上相干可见光生成的重大进步。
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