論文の概要: Nonlinear optical processes in centrosymmetric systems by
strong-coupling-induced symmetry breaking
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.11117v1
- Date: Tue, 22 Feb 2022 19:00:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-24 05:41:53.386991
- Title: Nonlinear optical processes in centrosymmetric systems by
strong-coupling-induced symmetry breaking
- Title（参考訳）: 強結合誘起対称性破れによる中心対称系の非線形光学過程
- Authors: Davis M. Welakuh and Prineha Narang
- Abstract要約: 反転対称性は、ナノフォトニクスに応用するための材料系における偶数次感受性によって媒介される非線形光学応答を阻止する。
ここでは、インバージョンシステムで自然に禁じられている第2および第4高調波発生による非線形光学過程を実証する。
我々の研究は、集積フォトニクスへの応用に広く採用されている中心対称材料において、物理的に禁じられた非線形光学過程を実現する方向への一歩となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nonlinear optical processes associated with even-order nonlinear
susceptibilities are critical for both classical and quantum technologies.
Inversion symmetry, however, prevents nonlinear optical responses mediated by
even-order susceptibilities in several material systems pertinent for
applications in nanophotonics. Here, we demonstrate induced nonlinear optical
processes, namely second- and fourth-harmonic generation that are naturally
forbidden in an inversion symmetric system, by strongly coupling to a photon
mode of a high-Q optical cavity. As an illustrative system with an inversion
symmetry, we consider a semiconductor quantum ring of GaAs that features a
single effective electron. For the coupled system, we control the inversion
symmetry breaking by changing the light-matter coupling strength which at the
same time allows to tune the nonlinear conversion efficiency. We find that the
harmonic generation yield can be significantly increased by increasing the
light-matter coupling strength in an experimentally feasible way. In the
few-photon limit where the incident pump field is a coherent state with just a
few photons, we find that the harmonic conversion efficiency is increased for
strong coupling as opposed to using intense pump fields. This new approach is
applicable to a wide variety of centrosymmetric systems as the symmetry
breaking rest on the properties of the photonic environment used to achieve
strong light-matter interaction. Our work constitutes a step forward in the
direction of realizing physically forbidden nonlinear optical processes in
centrosymmetric materials widely adopted for applications in integrated
photonics.
- Abstract（参考訳）: 偶数次非線形感受性に関連する非線形光学過程は、古典的および量子的技術の両方において重要である。
しかし、反転対称性は、ナノフォトニクスの応用に関係するいくつかの物質系において、偶数次感受性による非線形光学応答を阻害する。
本稿では,高q光共振器の光子モードに強く結合することにより,反転対称系では自然に禁止される2次および4次高調波発生の非線形光学過程を示す。
反転対称性を持つ照明系として、単一の有効電子を特徴とするGaAsの半導体量子環を考える。
結合系では, 非線形変換効率の調整を可能にする光・物質結合強度を変化させることで, 反転対称性の破れを制御する。
実験により,光物質結合強度を増大させることにより,高調波発生率を著しく向上させることができることがわかった。
入射ポンプ場が数個の光子を持つコヒーレントな状態である数光子制限では、強いポンプ場を使用するよりも強いカップリングにおいて高調波変換効率が向上することがわかった。
この新しいアプローチは、強い光-物質相互作用を達成するために使用されるフォトニック環境の特性に対称性の破れがあるため、様々な中心対称系に適用できる。
本研究は、集積光学への応用に広く採用されている遠心対称材料の物理的に禁止された非線形光学過程を実現する方向への一歩である。
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