Doppelt resonante χ(2) nichtlineare photonic crystal cavity basierend auf einem gebundenen Zustand im Kontinuum

Photonische Nanostrukturen, die gleichzeitig das spektrale und räumliche Überlappung zwischen fundamentalen und second-harmonic eingeschlossenen Modi maximieren, sind äußerst wünschenswert zur Verstärkung von Nichtlinearitäten erster Ordnung in nichtlinearen Medien. Diese Bedingungen waren bisher schwierig in photonic crystal cavities zu erfüllen, da es eine Herausforderung ist, eine Bandlücke bei der Frequenz des zweiten Harmonics zu entwerfen. Hier lösen wir dieses Problem, indem wir stattdessen einen gebundenen Zustand im Kontinuum bei dieser Frequenz nutzen, und wir entwerfen eine doppelt resonante photonic crystal slab cavity mit stark verbesserten Kennzahlen für die nichtlineare Frequenzumwandlung im Vergleich zu früheren Entwürfen von photonic crystals. Darüber hinaus zeigen wir, dass die Fernfeldemission bei beiden Frequenzen stark kolimiert ist, was eine gleichzeitige effiziente Pumpanregung und Sammlung des erzeugten nichtlinearen Signals ermöglicht. Unsere Ergebnisse könnten zu beispiellosen Umwandlungseffizienzen sowohl in der parametrischen Abwärtsumwandlung als auch in der Erzeugung des zweiten Harmonics in einer extrem kompakten Architektur führen.