混合光子-声子晶体中前向布里渊增益的实验演示

       受激布里渊散射（SBS）是由光波与声子耦合产生的三阶非线性光学过程。在许多透明介质材料中，布里渊非线性已成为最强的光学非线性，其强度比克尔非线性和拉曼非线性大几个数量级。这种声光相互作用的独特声学性质在光纤系统中有着广泛的应用，如超窄线宽激光器，“慢光和快光”，微波光子滤波器和光信息存储器。因此，将布里渊相互作用的优势引入集成光子系统对信号处理和通信具有重要意义。近年来，由于材料和纳米光子技术的日益成熟，对片上SBS的研究引起了科研人员极大的关注。在这些微纳米级集成系统中驾驭和控制SBS为许多片上应用打开了大门，包括微波信号合成和处理、集成布里渊激光器、光学陀螺仪、光机械冷却和非互易光学器件。硅的可控和强布里渊耦合是实现这一目的关键。

        近日，华中科技大学光学与电子信息学院孙军强教授等人通过在绝缘体硅片平台上的一类混合光子-声子硅波导演示了行波前向SBS和布里渊增益实验。该设计结合了硅脊形波导和声子晶体板的优点，允许对受限的光和声模式进行独立控制。通过外差四波混频光谱分析证明了强的可操控的布里渊非线性特性。增益实验表明，在中等泵浦功率下，在1.085 cm长的直波导器件中，小信号Stokes增益为0.9 dB。此外，研究人员还讨论了该系统中的布里渊增强的限制因素和进一步的改进措施。该设计也可应用于多种方式协同运行的SBS以及其它硅基材料平台，从而为片上微波光子滤波器、布里渊放大器和非互易器件提供了一种可靠的途径。相关研究工作发表在《ACS Photonics》上。（丁雷）

       文章链接：Kang Wang et al, Demonstration of Forward Brillouin Gain in a Hybrid Photonic−Phononic Silicon Waveguide,ACS Photonics(2021). https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c00880.