Extreme terahertz electric-field enhancement in high-Q photonic crystal slab cavity with nanoholes.
Extreme terahertz electric-field enhancement in high-Q photonic crystal slab cavity with nanoholes.
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具有纳米孔的高 Q 光子晶体板腔中的极端太赫兹电场增强。
DOI：
10.1364/oe.26.030851
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发表时间：
2018-07
期刊：
影响因子：
3.8
通讯作者：
Xie Shusen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lu Qijing;Chen Xiaogang;Zou Chang-Ling;Xie Shusen
利用电磁边界条件，提出了一种具有纳米孔的一维光子晶体腔，用于极大增强太赫兹（THz）电场。缝效应（对于电场的垂直分量）和反缝效应（对于电场的平行分量）都有助于显著的场增强。在高折射率材料中，EM能量密度可以增强（εh/εl）2倍，其中εh和εl分别是高折射率材料和低折射率材料的折射率。相应地，与传统的太赫兹PC腔相比，模式体积可以减少288倍，并且比衍射极限小三个数量级。此外，所提出的THz腔设计还支持具有> 104的高品质因子（Q）的模式，这引起超过106的因子的强珀塞尔增强。我们的太赫兹腔设计对于实验演示是可行的和有吸引力的，因为EM最大化的半导体层可以自然地填充量子工程活性材料。因此，所提出的设计可能用于开发室温相干太赫兹辐射源。
A one-dimensional photonic-crystal (PC) cavity with nanoholes is proposed for extreme enhancement of terahertz (THz) electric fields using the electromagnetic (EM) boundary conditions. Both slot (for the perpendicular component of the electric displacement field) and anti-slot (for the parallel component of the electric field) effects contribute to the considerable field enhancement. The EM energy density can be enhanced by a factor of (εh/εl)2 in the high-refractive-index material, where εh and εl are the permittivities of the high- and low-refractive-index materials, respectively. Correspondingly, the mode volume can be reduced by a factor of 288, compared with a conventional THz PC cavity, and is three orders of magnitude smaller than the diffraction limitation. Further, the proposed THz cavity design also supports modes with high quality factors (Q) > 104, which induces strong Purcell enhancement by a factor exceeding 106. Our THz cavity design is feasible and attractive for experimental demonstrations, because the semiconductor layer in which the EM is maximized can naturally be filled with quantum-engineered active materials. Thus, the proposed design can possibly be used to develop room-temperature coherent THz radiation sources.
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