原标题：中国科大集成光学芯片领域新进展，实现高效光子频率转换

中国科学技术大学（中国科大）在集成光学芯片领域取得了新进展，成功实现了高效光子频率转换。这一成果由郭光灿院士团队中的邹长铃研究组完成，并在集成光子芯片上实现了基于微腔简并模式的高效光子频率转换。以下是关于这一新进展的详细归纳：

一、研究背景与意义

• 集成光子芯片上微腔能够增强光和物质相互作用，提升非线性光学效应，同时具有体积小、可扩展性高、能耗小等优点。

• 相干光学频率转换在经典和量子信息领域都有广泛的应用，如通讯、探测、传感、成像等，是连接光纤通讯波段和各种原子的跃迁波段的工具，对分布式量子计算和量子网络而言更是不可或缺的接口。

二、研究内容与成果

• 研究组在集成光子芯片上实现了基于微腔简并模式的高效光子频率转换。

• 进一步探究了微腔内的级联非线性光学效应，实现了跨波段的频率转换和放大。

• 实验中，实现的1560纳米到780纳米波长的光子数转换效率最高可达42%，频率带宽可达250GHz，可以满足后续通讯波段光子与Rb原子互联的需求。

• 研究组还从理论出发，考虑了微腔内的克尔效应以及级联二阶非线性光学效应，发现模式简并频率转换的信号还有可能获得一定的增益。

• 实验上验证了这一重要的物理现象，并预言可以通过对芯片的工艺参数的进一步调控实现效率超过100%的频率转换，同时实现信号的转换和放大。

三、技术难点与解决方案

• 在芯片上实现腔增强的频率转换过程需要满足三个或更多光学模式的相位匹配，对器件的设计、加工和调控提出了非常苛刻的要求。

• 微纳加工工艺带来的误差使得微腔的共振频率与原子的跃迁线几乎不可能实现匹配。

• 研究组提出了一种新颖的简并和频效应，仅需要两个光学模式就可以实现高效率的相干频率转换。

• 实现了工作波长的精确调控：通过控制芯片基底温度实现了频率转换匹配窗口的粗调，范围可达100GHz；基于前期光致微腔加热效应的相关工作，实现了MHz量级的精细调控。

四、应用前景与展望

• 这一研究成果为集成光学芯片在量子计算和量子网络等领域的应用提供了重要支持。

• 未来，随着技术的进一步发展，有望实现更高效、更稳定的光子频率转换，推动相关领域的发展。

综上所述，中国科大在集成光学芯片领域的新进展为相关领域的研究和应用提供了重要支持，展示了中国在高科技领域的创新能力和发展潜力。