在集成波导中以7.1 THz的速度产生第二波的不对称合的Ge/SiGe量子井:理论研究

科学领域:

• 光电学和光子学的光电子学和光子学.
• 量子工程是量子工程的组成部分.
• 特拉赫兹 (THz) 技术技术

背景情况:

• 第二波生成 (SHG) 对于非线性光学中的频率转换至关重要.
• 由于材料限制和相匹配要求,在太赫兹 (THz) 频率范围内实现高效的SHG具有挑战性.
• - (SiGe) 异构结构由于可调节的电子特性,为非线性光学应用提供了潜力.

研究的目的:

• 在理论上研究SiGe波导中的THz频率的引导第二波生成 (SHG).
• 使用n型Ge/SiGe不对称合量子井,设计一个巨大的二阶非线性易感性 (χ(2)).
• 开发一种新的,无制造的方法,在THz SHG中实现完美的相位匹配.

主要方法:

• 在嵌入Ge/SiGe不对称合量子井的SiGe波导中对SHG的理论研究.
• 结合模式理论的概括,以解释不同偏振合的非对角线 χ(2) 张量元素.
• 在导向模式之间建模SHG相互作用,而不管起源的χ(2) 张量元素.

主要成果:

• 估计的第二阶非线性敏感度峰值值为~7和~1.4 × 10^5 pm/V,分别为对角线和离对角线的 χ(2) 元素.
• 在富含Ge的SiGe波导 (10-15μm厚度) 中实现了0.2%至2%之间的第二波生成效率.
• 通过利用非对角线的 χ(2) 元素,展示了一种新的,无制造的方法来实现完美的相位匹配.

结论:

• 拟议的SiGe量子井异构结构通过设计一个巨大的非线性易感性,使高效的THz SHG成为可能.
• 一般化的合模式理论有效地描述了涉及各种 χ(2) 张量元素的 SHG 相互作用.
• 开发的相匹配技术为5-20 THz范围内的THz频率转换设备提供了一条实用的路线.