Nonlinear Group IV photonics based on silicon and germanium: from near-infrared to mid-infrared

超连续谱 材料科学 硫系化合物 光电子学 硅光子学 超短脉冲 氮化硅 包层(金属加工) 光学 光子学 非线性光学 硫系玻璃 红外线的 波长 光子晶体光纤 激光器 物理 冶金
作者
Lin Zhang,Anuradha M. Agarwal,Lionel C. Kimerling,Jürgen Michel
出处
期刊:Nanophotonics [De Gruyter]
卷期号:3 (4-5): 247-268 被引量:225
标识
DOI:10.1515/nanoph-2013-0020
摘要

Abstract Group IV photonics hold great potential for nonlinear applications in the near- and mid-infrared (IR) wavelength ranges, exhibiting strong nonlinearities in bulk materials, high index contrast, CMOS compatibility, and cost-effectiveness. In this paper, we review our recent numerical work on various types of silicon and germanium waveguides for octave-spanning ultrafast nonlinear applications. We discuss the material properties of silicon, silicon nitride, silicon nano-crystals, silica, germanium, and chalcogenide glasses including arsenic sulfide and arsenic selenide to use them for waveguide core, cladding and slot layer. The waveguides are analyzed and improved for four spectrum ranges from visible, near-IR to mid-IR, with material dispersion given by Sellmeier equations and wavelength-dependent nonlinear Kerr index taken into account. Broadband dispersion engineering is emphasized as a critical approach to achieving on-chip octave-spanning nonlinear functions. These include octave-wide supercontinuum generation, ultrashort pulse compression to sub-cycle level, and mode-locked Kerr frequency comb generation based on few-cycle cavity solitons, which are potentially useful for next-generation optical communications, signal processing, imaging and sensing applications.
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