限制在硅慢光光子晶体波导内的高效相对论性自由载流子等离子体镜
光学
2017-05-16 v1
摘要
在相对论性运动等离子体镜上的反射是一种众所周知的频率转换方法，作为非线性技术的替代方案。等离子体镜的一个关键问题是需要高载流子浓度，量级为10^21 cm^-3，以实现可观的反射率。为了产生如此高的载流子浓度，需要具有>10^15 W/cm^2量级极端功率密度的短激光脉冲。在此，我们引入了一种基于波导的新方法来产生相对论性运动的等离子体镜，其需要低得多的泵浦功率和少得多的载流子浓度。具体而言，我们实现了35%反射的实验演示，其载流子浓度为5*10^17/cm^3，仅由1.2*10^9 W/cm^2的功率密度产生。等离子体镜和信号均被限制在固态硅慢光光子晶体波导内并传播。这种非凡效应之所以可能，是因为我们利用了色散工程慢光波导中的间接带内光学跃迁，其中入射光不能耦合到运动前沿之外的其他状态，而必须从其反射。运动的自由载流子(FC)等离子体镜由峰值功率6.2 W、时长6 ps的泵浦脉冲的双光子吸收产生。反射通过连续波(CW)探测波与相对论性FC等离子体镜在400 micro-meter长慢光波导内共传播时的相互作用来演示。与FC等离子体镜相互作用后，最初比等离子体镜传播慢的探测波包被反弹并加速，最终从前向逃逸。探测波包的前向反射伴随着频率上移。估计了与泵浦脉冲相互作用的CW探测波部分的反射效率。
引用
@article{arxiv.1705.04808,
title = {Highly effective relativistic free carrier plasma mirror confined within a silicon slow light photonic crystal waveguide},
author = {Mahmoud A. Gaafar and Dirk Jalas and Liam OFaolain and Juntao Li and Thomas F. Krauss and Alexander Yu. Petrov and Manfred Eich},
journal= {arXiv preprint arXiv:1705.04808},
year = {2017}
}