集成磷化镓非线性光子学

磷化镓(GaP)是一种广泛用于固态照明的间接带隙半导体。尽管具有众多引人注目的光学特性——包括大的$\chi^{(2)}$和$\chi^{(3)}$系数、高折射率($>3$)、以及从可见光到远红外波长($0.55-11\,\mu$m)的透明性——但其作为集成光子学材料的应用鲜有研究。本文引入绝缘体上磷化镓(GaP-on-insulator)作为非线性光子学平台，采用直接晶圆键合方法实现在电信C波段损耗为1.2 dB/cm（与绝缘体上硅相当）的集成波导。我们制备并研究了高品质因子$(Q> 10^5)$、光栅耦合环形谐振器。采用调制转移方法，我们获得了GaP在电信波长的非线性折射率的直接实验估计：$n_2=1.2(5)\times 10^{-17}\,\text{m}^2/\text{W}$。我们还观察到具有工程色散的谐振器中的克尔频率梳生成。实现了低至3 mW的参数阈值功率，随后产生宽带($>100$ nm)、亚THz间隔的频率梳、倍频频率梳，并在另一器件中实现了高效拉曼激光。这些结果标志着绝缘体上磷化镓作为一种集成非线性光子学新平台的兴起。