鈣鈦礦微腔中的極化參量振蕩器

光學(xué)參量振蕩器 (OPO) 已廣泛應(yīng)用于從光譜光子學(xué)到量子信息等領(lǐng)域。雖然傳統(tǒng)的 OPO 通常具有導(dǎo)致高功耗的弱非線性，但激子極化子提供了一種智能替代方案。由光和物質(zhì)組成的混合準(zhǔn)粒子，激子極化子具有比傳統(tǒng)非線性光子系統(tǒng)強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的非線性，有望顯著降低功耗。這種非線性起著至關(guān)重要的作用——不僅在諸如神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)之類的概念極化設(shè)備中，而且在具有極化子阻斷和量子模擬的新興非線性量子機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用。

具有低閾值的極化子參量振蕩器已在各種幾何形狀中實(shí)現(xiàn)，但這些振蕩器的激子結(jié)合能很小，這意味著它們主要限于需要低溫冷卻的砷化鎵或碲化鎘的量子阱微腔。需要室溫設(shè)備。

鹵化物鈣鈦礦已迅速成為從 LED 和激光器到光電探測(cè)器等光子技術(shù)的優(yōu)秀半導(dǎo)體。最近，為了在下一代光子器件中設(shè)計(jì)它們的應(yīng)用，鈣鈦礦的非線性特性引起了極大的興趣。鹵化物鈣鈦礦具有激子結(jié)合能大和非線性極化子-極化子相互作用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為在室溫下工作的非線性、低閾值極化子器件提供了一個(gè)有前途的平臺(tái)。

正如Advanced Photonics報(bào)道的那樣，來自新加坡南洋理工大學(xué)和中國清華大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了可在室溫下工作的片上、低閾值鈣鈦礦極化子參量振蕩器。由于 S 形較低的極化子能量色散，當(dāng)兩個(gè)極化子以臨界角共振激發(fā)，彈性散射到基態(tài)(信號(hào))和較高的k態(tài)(空閑)時(shí)，會(huì)發(fā)生支內(nèi)參量振蕩。由于極化子本質(zhì)上是開放的(非厄米)質(zhì)量，因此可以在很寬的角度范圍內(nèi)發(fā)生自發(fā)的參數(shù)下轉(zhuǎn)換過程，這一特性為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

資深作者、清華大學(xué)物理學(xué)教授熊啟華說：“這項(xiàng)工作提供了一種實(shí)用的方法來實(shí)現(xiàn)低閾值的集成非線性極化器件。”室溫操作為開發(fā)低成本、可擴(kuò)展的極化設(shè)備開辟了可能性。

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