Ultrafast-nonlinear ultraviolet pulse modulation in an AlInGaN polariton waveguide operating up to room temperature.
Ultrafast-nonlinear ultraviolet pulse modulation in an AlInGaN polariton waveguide operating up to room temperature.
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DOI：
10.1038/s41467-021-23635-6
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发表时间：
2021-06-09
影响因子：
16.6
通讯作者：
Krizhanovskii DN
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Di Paola DM;Walker PM;Emmanuele RPA;Yulin AV;Ciers J;Zaidi Z;Carlin JF;Grandjean N;Shelykh I;Skolnick MS;Butté R;Krizhanovskii DN
超快的非线性光子学使其在先进的芯片光谱和信息处理方面得到了广泛的应用。这依赖于强的强度依赖(非线性)折射率，能够在亚皮秒时间尺度和适合于集成光子学的长度尺度上调制光脉冲。目前还没有一个平台可以为紫外光谱范围提供这一点，在这个范围内，通过非线性调制产生的宽带光谱可以为新的片上超快(生物)化学光谱分析设备铺平道路。我们证明了在AlInGaN波导中紫外光混合光质态(激子-偏振子)在室温以下的巨大非线性。我们在一个紧凑的100 μm长的装置中实验测量了紫外光脉冲的超快非线性光谱展宽，得到了相当于普通紫外光非线性材料的1000倍的非线性度和与非紫外极化电子器件相当的非线性。我们的演示有望为用于高级光谱和测量的新一代集成紫外非线性光源奠定基础。不同材料中的非线性增强在许多科学应用中都是相关的。在这里，作者演示了由于AlInGaN波导结构中基于偏振子的非线性，包括在室温下，在紫外区的脉冲调制。
Ultrafast nonlinear photonics enables a host of applications in advanced on-chip spectroscopy and information processing. These rely on a strong intensity dependent (nonlinear) refractive index capable of modulating optical pulses on sub-picosecond timescales and on length scales suitable for integrated photonics. Currently there is no platform that can provide this for the UV spectral range where broadband spectra generated by nonlinear modulation can pave the way to new on-chip ultrafast (bio-) chemical spectroscopy devices. We demonstrate the giant nonlinearity of UV hybrid light-matter states (exciton-polaritons) up to room temperature in an AlInGaN waveguide. We experimentally measure ultrafast nonlinear spectral broadening of UV pulses in a compact 100 μm long device and deduce a nonlinearity 1000 times that in common UV nonlinear materials and comparable to non-UV polariton devices. Our demonstration promises to underpin a new generation of integrated UV nonlinear light sources for advanced spectroscopy and measurement. Nonlinearity enhancement in different materials is relevant for many scientific applications. Here the authors demonstrate pulse modulation in the UV regime due to polariton-based nonlinearity in an AlInGaN waveguide structure, including at room temperature.
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