体相氮化镓平面波导中激子-极化激元的强耦合：耦合强度的量化

我们研究了氮化镓(GaN)平板波导中激子与导波光子之间强耦合的演示与量化。通过光栅在T=6~K至300~K范围内测量了波导极化激元的色散。为评估强耦合 regime，我们基于不同假设在四个模型内对其进行了仔细分析。我们证明在所研究的全部温度下导波光子与激子均强耦合，且对温度有微小(11%)依赖。然而四个模型给出的Rabi分裂值差异显著：“耦合振子”模型高估了耦合强度；解析的“Elliott-Tanguy”模型精确描述了GaN在激子跃迁附近的介电 susceptibility，得到TE0模式的Rabi分裂为$82 \pm 10 \ meV$；基于实验椭偏测量的模型给出较小值$55 \pm 6 \ meV$。我们指出，对于包含大振子强度的有源层、且为室温极化激元器件所必需的波导，模式色散的强弯曲未必是强耦合的特征，其可靠判定需要对材料介电 susceptibility 进行精确分析。