非线性光学在众多光子学技术中占据核心地位，既覆盖经典光子技术领域，也涉及量子光子技术领域，是支撑相关技术发展的关键基础。但是，传统非线性光学器件存在显著局限：其功能通常在设计阶段就已确定，并在制造过程中就被固定下来，这种本身的不灵活性使得现有的非线性光学无法满足器件功能动态调整的需求。研究内容：本论文聚焦片上可编程非线性光子学，开发了一种二维可编程χ⁽²⁾非线性分布的光波导器件，该波导从上而下是20nmITO透明电极、7.5μm硅富氮化硅光电导层、2.05μmSiN波导芯层与SiO₂包层（上下1μm厚）、还有最后的导电Si衬底。原理是通过光电导层+空间光图案编程实现偏置电场（E_bias）的大规模并行控制，当光照到SRN层时，有光照区域会导电并让偏置电场穿透到SiN波导层，然后通过χ⁽²⁾(x,z)=3χ⁽³⁾E_bias(x,z)诱导出与光图案对应的二维χ⁽²⁾非线性分布，最终通过调控准相位匹配光栅结构实现非线性功能编程。1、光谱工程：用超短脉冲激光，通过编程不同准相位匹配光栅实现光谱调控，那么单周期光栅会产生窄带SH峰，多周期叠加光栅产生多波长SH峰。2、空间工程：用固定高斯空间分布的脉冲激光，通过编程χ⁽²⁾(x,z)的横向结构，就能调控SH光的空间轮廓。3、光谱空间工程：通过二维全可编程χ⁽²⁾(x,z)，实现SH光空间与光谱的耦合调控：例如编程复合准相位匹配光栅，在5个不同波长分别产生1-5个空间峰。创新点：首次实现二维任意可重构χ⁽²⁾非线性分布的光波导，论文提出的平面光波导，通过导电Si衬底+SiN波导+SRN光电导层+ITO透明电极的层状结构，利用空间光图案编程控制SRN层的局部导电性，进而动态生成任意二维偏置电场E_bias(x,z)，最终通过χ⁽²⁾(x,z)=3χ⁽³⁾E_bias(x,z)诱导出全空间可重构的二维χ⁽²⁾分布。启发：将SiN波导替换成铌酸锂波导可进一步增强非线性。
文献来源:Nature (2025).https://doi.org/10.1038/s41586-025-09620-9作者：Ryotatsu Yanagimoto1,2,Benjamin A. Ash1, Mandar M. Sohoni1, Martin M. Stein1,5, Yiqi Zhao1, Federico Presutti1,6, Marc Jankowski2,3, Logan G. Wright1,2,5, Tatsuhiro Onodera1,2 & Peter L. McMahon1,4.
报告人：林荣培
