单硅纳米结构中的巨光学非线性：超小型全光开关与超分辨成像
光学
2020-01-24 v1 应用物理
摘要
近年来，硅光子学因在集成光子元件(1,2)以及全介质超光学元件(3)方面的潜力而备受关注。强光子-光子相互作用，即光学非线性，实现了对上述光子器件的主动控制(4,5)。然而，硅的本征非线性太弱，难以设想实际应用。为增强非线性响应，通常采用波导等长相互作用长度结构，或微环谐振器、光子晶体等谐振结构(6,7)。但它们的特征尺寸通常大于 10 m，远大于其电子对应物。本文发现，当将硅谐振器尺寸减小至约 100 nm 时，会出现一种巨光热非线性，在低激发强度（mW/m）下产生 400% 可逆且可重复的偏离线性散射响应。由于米氏共振增强吸收以及热隔离纳米结构中的高效加热，纳米尺度的等效非线性折射率 n 比块体大五个数量级。此外，纳米尺度热弛豫时间达到纳秒级，意味着 GHz 调制速度。这种大而快的非线性使得纳米尺度全光控制以及硅的超分辨成像成为可能。
引用
@article{arxiv.2001.08421,
title = {Giant optical nonlinearity in single silicon nanostructure: ultrasmall all-optical switch and super-resolution imaging},
author = {Yi-Shiou Duh and Yusuke Nagasaki and Yu-Lung Tang and Pang-Han Wu and Hao-Yu Cheng and Te-Hsin Yen and Hou-Xian Ding and Kentaro Nishida and Ikuto Hotta and Jhen-Hong Yang and Yu- Ping Lo and Kuo-Ping Chen and Katsumasa Fujita and Chih-Wei Chang and Kung-Hsuan Lin and Junichi Takahara and Shi-Wei Chu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.08421},
year = {2020}
}