Enhanced vertical second harmonic generation from layered GaSe coupled to photonic crystal circular Bragg resonators

谐振器 材料科学 光子晶体 光电子学 二次谐波产生 光子学 耦合模理论 氮化硅 光学 联轴节(管道) Q系数 折射率 物理 激光器 冶金
作者
Zhuojun Liu,Bo Chen,Xuying Wang,Guixin Qiu,Qi-Tao Cao,Dunzhao Wei,Jin Liu
出处
期刊:Nanophotonics [De Gruyter]
卷期号:13 (21): 4029-4035 被引量:1
标识
DOI:10.1515/nanoph-2024-0282
摘要

Abstract Two-dimensional (2D) layered materials without centrosymmetry, such as GaSe, have emerged as promising novel optical materials due to large second-order nonlinear susceptibilities. However, their nonlinear responses are severely limited by the short interaction between the 2D materials and light, which should be improved by coupling them with photonic structures with strong field confinement. Here, we theoretically design photonic crystal circular Bragg gratings (CBG) based on hole gratings with a quality factor as high as Q = 8 × 10 3 , a mode volume as small as V = 1.18 ( λ / n ) 3 , and vertical emission of light field in silicon nitride thin film platform. Experimentally, we achieved a Q value up to nearly 4 × 10 3 , resulting in a 1,200-fold enhancement of second harmonic generation from GaSe flakes with a thickness of 50 nm coupling to the CBG structures under continuous-wave excitation. Our work endows silicon-based photonic platforms with significant second-order nonlinear effect, which is potentially applied in on-chip quantum light sources and nonlinear frequency conversion.

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