High efficiency nonlinear frequency conversion based photonic crystal light sources

基于高效非线性频率转换的光子晶体光源

基本信息

  • 批准号:
    1025811
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-09-01 至 2013-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Objectives and approachesThe objective of this research is to design and demonstrate efficient, ultrasmall III-V semiconductor light sources based on nonlinear frequency conversion. The approach is to use high quality factor photonic crystal resonators to (1) provide phase matching, which is impossible in unprocessed III-V semiconductors, and to (2) greatly reduce the device footprint. Intellectual meritThe specific goals of this research are to demonstrate: Highly efficient second harmonic generation in photonic crystal structures; Photonic-crystal based devices for sum frequency and difference frequency generation; Enhanced spontaneous parametric down conversion and two photon emission. The proposed devices could serve as ultrasmall, ultralow power, on-chip light sources for wavelengths from visible through mid-infrared. The proposed research could also enhance the extremely low efficiency processes of spontaneous parametric down conversion and two photon emission, which can serve as sources of entangled photons for quantum information experiments. Broader impacts The proposed experiments open a new approach to study nonlinear optical effects using semiconductor nanostructures and would have a significant impact on the nanophotonics and nonlinear optics communities. Moreover, the same platform could be employed for sensing and spectroscopy of biological and chemical molecules, as well as for quantum information experiments with entangled photons. The project will include educational and outreach activities integrated with research, which the PI has already initiated, including active recruitment of minorities and women for science and engineering careers, development of new classes and textbook, undergraduate research and advising, and participation in outreach programs for high-school students and teachers.
这项研究的目标和方法是根据非线性频率转换设计和证明有效的超肌III-V半导体光源。 该方法是使用高质量的光子晶体谐振器(1)提供相匹配,在未加工的IIII-V半导体中不可能进行相匹配,并且(2)大大减少了设备的足迹。知识分子值得这项研究的具体目标证明:光子晶体结构中的高效第二次谐波产生;基于光子晶体的设备,用于总和频率产生差异;增强的自发参数降低转换和两个光子发射。所提出的设备可以用作超大型,超大的功率,芯片光源,用于从可见光到中红外的波长。拟议的研究还可以增强自发参数降低转换的极低效率过程和两种光子发射,可以作为量子信息实验的纠缠光子的来源。更广泛的影响拟议的实验开放了一种使用半导体纳米结构研究非线性光学效应的新方法,并将对纳米素和非线性光学群落产生重大影响。此外,可以使用相同的平台用于对生物和化学分子的传感和光谱,以及使用纠缠光子进行的量子信息实验。该项目将包括与研究成立的教育和外展活动,PI已经启动了这些活动,包括积极招募少数民族和妇女从事科学和工程职业,开发新班和教科书,本科研究和咨询,以及参加高中生和老师的外展计划。

项目成果

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