硅上外延量子点激光器增强的光学非线性及其对未来光子集成系统的意义
光学
2021-06-22 v1
摘要
四波混频（FWM）是一种重要的非线性光学现象，自激光发明以来支撑着诸多发现与器件应用。例子包括参量放大、锁模脉冲与频率梳，以及在量子光学 regime 中的纠缠光子生成、压缩态产生以及从可见光到红外波长的光学转换。对于量子点系统，对 FWM 的基本理解受限于传统研究方法，后者集中于用光放大器测量的 FWM 磁化率。本文通过进行激光实验以考量所有贡献于 FWM 信号的光学非线性，解决了这一弱点。同时，我们获得了对光学非线性之间复杂相互作用的宝贵见解。使用直接生长在硅上的量子点激光器，我们实现了足以在单段激光二极管中演示自锁模的 FWM 转换效率，其亚皮秒锁模脉冲宽度与 kHz 频率梳线宽。基于第一性原理的多模激光理论比较表明，测得的 FWM 转换效率接近理论极限。相较于早期研究的一个优势且对结果可信度至关重要的是最先进量子点激光器的质量与可重复性。它们使得在广阔参数空间上详细研究转换效率以及确认 p 型掺杂的重要性成为可能。基于我们对底层物理理解的系统性改进将带来变换极限性能以及对本征与 extrinsic 效应（如线宽增强与背景色散）的有效补偿。FWM 与激光的集成影响着电信与数通中使用的众多光电子组件。
引用
@article{arxiv.2106.10871,
title = {Enhanced optical nonlinearities in epitaxial quantum dots lasers on silicon for future photonic integrated systems},
author = {Jianan Duan and Weng W. Chow and Bozhang Dong and Heming Huang and Songtao Liu and Justin C. Norman and John E. Bowers and Frederic Grillot},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.10871},
year = {2021}
}