diff --git a/SiC/Silicon Carbide Photonics Bridging Quantum Technology.md b/SiC/Silicon Carbide Photonics Bridging Quantum Technology.md new file mode 100644 index 0000000..19231ad --- /dev/null +++ b/SiC/Silicon Carbide Photonics Bridging Quantum Technology.md @@ -0,0 +1,123 @@ +# 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 + + + diff --git a/SiC/Silicon Carbide Photonics Bridging Quantum Technology.pdf b/SiC/Silicon Carbide Photonics Bridging Quantum Technology.pdf new file mode 100644 index 0000000..0d82095 --- /dev/null +++ b/SiC/Silicon Carbide Photonics Bridging Quantum Technology.pdf @@ -0,0 +1,3 @@ +version https://git-lfs.github.com/spec/v1 +oid sha256:f6e831fa17dca3284125b58bcfeb91795860c6c4c9d5f2452b7b4415fb12b532 +size 2869088