Experimental Demonstration of High-Efficiency Harmonic Generation in Photonic Moiré Superlattice Microcavities

超晶格 光子学 光电子学 二次谐波产生 能量转换效率 材料科学 非线性光学 光子晶体 联轴节(管道) 光学 量子光学 物理 激光器 冶金
作者
Xuying Wang,Zhuojun Liu,Bo Chen,Guixin Qiu,Dunzhao Wei,Jin Liu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (36): 11327-11333 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c03632
摘要

Integrated photonic microcavities have demonstrated powerful enhancement of nonlinear effects, but they face a challenge in achieving critical coupling for sufficient use of incident pump power. In this work, we first experimentally demonstrate that highly efficient third-harmonic generation (THG) and detectable second-harmonic generation (SHG) can be produced from high-Q photonic moiré superlattice microcavities, where a critical coupling condition can be achieved via selecting a magic angle. Furthermore, at the magic angle of 13.17°, critical coupling is satisfied, resulting in a normalized THG conversion efficiency of 136%/W2 at a relatively low peak pump power of 6.8 MW/cm2, which is 3 orders of magnitude higher than the best results reported previously. Our work shows the power of photonic moiré superlattices in enhancing nonlinear optical performances through flexible and feasible engineering resonant modes, which can be applied in integrated frequency conversion and generation of quantum light sources.
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