# ABSTRACT

SiC 在传统光学中已经有很多应用。
最近的研究表明，它也可以用于许多新奇的光学设备。
一方面，SiC 从紫外到红外都是透明的，并且一些非线性光学特性；
  同时，其中的点缺陷可以作为单光子源，可以在量子计算和通信中作为一个自旋比特。
这些特性结合起来，使得 SiC 成为一个很有前景的材料。

本文的最后会展望一下，当光子、电子和自旋电子联合在一起时，会有怎样的应用。

二阶非线性导致的效应包括（都需要要求材料本身没有反演对称性）：
* 线性电光效应：当一个频率较低（相对于光频）的电场施加在介质上时，会导致介质某些方向的折射率发生变化。
  例如原本折射率各向同性的介质变成各向异性的介质。
  需要晶体与本身没有反演对称性。
* 光整流效应（逆电光效应）：高强度激光会导致较低频率的电场。可以用于探测激光脉冲。
* 三波混频：三个不同频率的光子之间会产生耦合，输入其中两个频率的光子，会导致第三个频率的光子出现。
  第三个频率可能是前两个频率的和或者差。
* 二次谐波产生：产生两倍频率的光子。原理好像与三波混频不同。

三阶非线性导致的效应包括（对材料的对称性没有要求）：
* 克尔效应与光克尔效应：对材料施加电场或激光，会导致某些方向上的折射率发生变化。
  强激光本身就会导致光克尔效应影响到自己传播，导致自聚焦效应或光模糊效应。
  脉冲激光自聚焦的同时会导致谱线（频率空间）变宽甚至得到白光连续谱，称为自相位调制。
  TODO：为什么叫自相位调制？
* 三次谐波产生：产生三倍频率的光子。
* 四波混频：四个不同频率的光子之间会产生耦合。有不同的作用模式：
  * 输入三个频率的光子，产生第四个频率的光子。
  * 输入三个频率的光子，使其中一个频率的光被增强。
  * 输入两个频率的光子，产生另外两个频率的光子。
* 双光子吸收：同时吸收两个光子，两个光子的能量都小于禁带；放出一个光子，能量等于两者之和。
  一个特殊的情况是，吸收的两个光子频率相同。
* 受激拉曼散射：与通常的拉曼散射不同，受激拉曼散射的强度非常高（与入射光同一个量级），有很好的方向性、单色性等。
* 受激布里渊散射。

# INTRODUCTION

SiC 应用在光学中的优势：
* 对红外到紫外都透明。
* 有二阶和三阶非线性。
* 存在各种点缺陷，这些点缺陷具有较好的量子性质。

SiC 的好处在于，它可以在一个材料中同时具有这些特性，有望使用一种材料来实现多种功能。

# MATERIAL OPTICAL PROPERTIES

SHG：second harmonic generation，吸收两个同频率的光子，产生一个频率是原来两倍的光子。
THG：third harmonic generation，吸收三个同频率的光子，产生一个频率是原来三倍的光子。
HHG：high harmonic generation，产生比原来频率高得多（成百上千倍）的光子。

目前最广泛使用的还是 Si，因为工艺成熟（有 SOI，silicon on insulator），并且有较高的三阶非线性。
但它没有二阶非线性，并且带隙较小（在 1550 nm 附近会产生双光子吸收）。
泥酸锂也有商业可用的晶片，且有二阶非线性，但是三阶非线性太小。
SiC 的二阶和三阶非线性都比较大，并且带宽也足够大，在带隙中可以利用杂质能级作为色心。

## Nonlinear Optical Properties

These properties are relevant for PICs
  in order to achieve light confinement and propagation or storage, optical modulators,
  and emission frequency conversion.

## Donor−Acceptor Pairs

By combining nanostructuring101 with various donor-acceptor emission (such as nitrogen−boron and nitrogen−aluminum),
  white light-emitting diodes (LED) have been produced.

## Color Centers

### Silicon Vacancy

### Divacancy

### Carbon Antisite Vacancy Pair

### Other Centers

# PHOTONIC TECHNOLOGIES

## Background of Fabrication Approaches

## Waveguides

## 1D-2D Photonic Crystal Cavities

## Microring Resonators

## Microdisk Resonators

## Silicon Carbide on Insulator (SiCOI): Toward Integrated Chips

# QUANTUM PHOTONIC TECHNOLOGIES

## Single Photon Emitters

## Collection Enhancement and Control

### Solid Immersion Lenses and Nanopillars

### Integration in Electronic Devices: Charge-State Control and Spectral Stability

## Spin-Photon Interface

## Quantum Sensing

### Sensing Magnetic Fields

### Sensing Temperature, Strain, and Electric Fields

# CONCLUSIONS AND OUTLOOK

## Photonic Technologies

## Quantum Photonic Technologies

### Single Photon Sources

### Spin-Photon Interface

### Quantum Sensing

### Other Quantum Photonic Technologies



