未来量子通信的发展需要在不同信道之间进行比特传输，同时保持量子相干性和纠缠性。比特传输是一种非线性光学过程，但是目前用于量子信息存储和信号处理的原子种类较少，主要受限于频率上转换的带宽。因此，如何在光子芯片尺寸得到高效率的宽带频率上转换是一个芯片集成领域研究的重要课题。

我们在实验上利用准相位匹配的周期性极化铌酸锂薄膜（PPLNOI）首次展示了宽带且高效的倍频过程。我们通过同时满足相位匹配和群速度匹配实现了带宽达到2THz的倍频产生。此外，通过改变薄膜的厚度，倍频的中心波长可以从2.70微米调制到1.44微米。该准相位匹配的PPLN薄膜为光子学和量子光子学提供了一个重要的集成平台。

以上研究工作由上海交通大学先进光子学材料和物理实验室的陈玉萍教授，陈险峰教授课题组完成，成果以“Broadband Quasi-phase matching in MgO: PPLN film”为题发表在Photonics Research期刊上 (https://doi.org/10.1364/PRJ.6.000954)。该研究首次在芯片尺度上得到了宽带且高效的倍频输出，对未来研究片上集成的量子信息处理，信号存储等具有重要的借鉴意义。

铌酸锂晶体由于其优秀的物理材料性能被广泛应用于非线性光学和量子光学的各种应用研究中，人们可以通过对其进行周期性畴反转极化实现高效共线的准相位匹配倍频等二阶非线性频率转换和输出。由于具有极大的二阶非线性系数，而少了硅基光子由于高功率输入带来三阶非线性效应的串扰问题，使得铌酸锂基的光子芯片将作为硅芯片的不可缺少的补充，和一个理想的集成光子器件的平台；同时也是力，热，声学等其他物理量集成应用的理想调控平台。铌酸锂薄膜（LNOI） 技术带来了铌酸锂工业的变革，使得高性能，低成本，和全新的器件及应用成为可能。由于其提供强了超强光学约束和各光子元器件的高集成度，因此LNOI近几年作为集成光学应用的新平台激发了研究人员的大量兴趣！

OLAB实验室在过去的十几年研究中，在传统的体介质PPLN和波导器件上，实现了在通信波段对偏振控制、滤波以及对激光强度、相位、群速度、角动量等多光子态的的操控，但是要达到高速，低功耗的精密操控需要我们将器件高度集成到微米亚微米尺度，从而实现在光场高度集约化下非线性效应的几何级数的增强，一些新的物理效应也将被期待发现。