Semi-niet-lineaire etsloze lithiumniobaatgolfgeleider met gebonden toestanden in het continuüm

Home > Media > Semi-niet-lineaire etsloze lithiumniobaat golfgeleider met gebonden toestanden in het continuüm

Schema van de op BIC gebaseerde semi-lineaire fotonische golfgeleider en zijn niet-lineaire frequentieomzetting.

CREDIT
door Xueshi Li, Jiantao Ma, Shunfa Liu, Peinian Huang, Bo Chen, Dunzhao Wei, Jin Liu

Abstract:
Lithiumniobiet (LN) met een ultrabreed optisch transparant venster heeft uitstekende niet-lineaire, elektro-optische, akoestisch-optische, piëzo-elektrische, thermo-elektrische en fotorefractieve effecten laten zien. Het is een uitstekend platform voor het realiseren van χ(2) niet-lineaire fotonische apparaten met een laag stroomverbruik en een hoog rendement. Er zijn echter fase-aanpassingscondities tussen de niet-lineaire interagerende optische velden en geavanceerde nanofabricagetechnieken vereist om hoogwaardige niet-lineaire LN-apparaten te realiseren. Aan de ene kant is een etsloze LN-golfgeleiderstructuur voorgesteld, gebaseerd op gebonden toestanden in het continuüm (BIC), om het nanofabricageproces te vereenvoudigen. Aan de andere kant hebben de meeste modale faseaanpassingsprocessen (MPM) last van de significante verschillen in modusprofielen tussen de grondfrequentie (FF) en de tweede harmonische (SH) golven, wat resulteert in een kleine of zelfs verdwijnende niet-lineaire modale overlap en bijgevolg beperking van de conversie-efficiëntie. Als alternatief kan quasi-fase-aanpassing worden bereikt door periodieke pooling van LN-golfgeleiders om de niet-lineaire modale overlap te maximaliseren, maar het poolproces is technologisch niet-triviaal.

Semi-niet-lineaire etsloze lithiumniobaat golfgeleider met gebonden toestanden in het continuüm

Changchun, China | Geplaatst op 4 november 2022

Xueshi Li, Dunzhao Wei, Jin Liu et al. van Sun Yat-sen University hebben efficiënte SHG gerapporteerd door de BIC te gebruiken in een zeer technische semi-lineaire golfgeleider die is geconstrueerd door een elektronenstraalbestendige golfgeleider en dunne-film siliciumnitride (SiN) en LN, zoals weergegeven in Fig.1. Dit apparaat heeft de volgende voordelen: (a) Lage voortplantingsverliezen voor FF- en SH-golven; (b) het behalen van MPM; (c) Grote niet-lineaire modale overlap voor de FF TM00- en SH TM01-modus.

Gebonden voortplantingsmodi van het apparaat werden geleid door een golfgeleider met een lage brekingsindex (LRI) met een patroon, maar beperkt in een SiN / LN-dunne film met hoge breking. Omdat TM-achtige modi zijn ondergedompeld in de continue TE-achtige modi met hoog verlies, zal het voortplantingsverlies ondervinden vanwege de koppeling met TE-achtige modi. Door echter zorgvuldig octaafscheidende BIC's te ontwerpen voor de niet-lineaire interagerende TM-modi in een dergelijke hybride structuur, kan men de voortplantingsverliezen van zowel FF- als SH-golven grotendeels verminderen. Bovendien vereist de efficiënte tweede-harmonische generatie (SHG) niet alleen faseaanpassing tussen de FF- en SH-modi, maar hangt deze ook af van hun niet-lineaire modale overlap-integralen. In de niet-lineaire conversie tussen de FF TM00-modus op de telecomband en de SH TM01-modus op de zichtbare band, is de niet-lineaire overlappende integraal niet meer nul vanwege het verdwijnen van χ (2) van SiN, wat een theoretisch genormaliseerde conversie zou kunnen bereiken efficiëntie van 327% W-1cm-2.

Dergelijke inrichtingen kunnen door eenvoudige procedures worden vervaardigd. Ten eerste wordt een SiN-laag van vergelijkbare dikte op de dunne LN-film afgezet. Vervolgens wordt een LRI-golfgeleiderstructuur vervaardigd door elektronenstraallithografie bovenop de SiN-laag, zoals weergegeven in figuur 2a. de processen van etsen en ferro-elektrische domeinpoling zijn niet betrokken. Een vezelgekoppeld optisch systeem getoond in figuur 2b wordt gebruikt om de SHG te karakteriseren. Figuur 2c toont de relatie tussen de SH-intensiteit en de FF-golflengte, wat het bestaan van het MPM-proces bewijst. Door de FF-golflengte vast te stellen op het fase-aanpassingspunt van 1570 nm, wordt de vermogensafhankelijkheid van de SH-golf gemeten, zoals weergegeven in figuur 2d. De on-chip genormaliseerde conversie-efficiëntie van het apparaat wordt berekend op 4.05% W-1cm-2.

Dit werk biedt een veelzijdig en fabricagevriendelijk platform om niet-lineaire optische processen op de chip met hoge efficiëntie te bestuderen in de context van nanofotonica en kwantumoptica, en om nieuwe niet-lineaire fysieke fenomenen te verkennen, zoals niet-Hermitische systemen, niet-lineaire topologieën, enz.

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Medienkontakt

Yaobiao Li
Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, CAS
Kantoor: 86-431-861-76851
Contactpersoon voor experts

Xueshi Li
Sun Yat-Sen-universiteit, China

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: