論文の概要: Photo-Thermally Tunable Photon-Pair Generation in Dielectric Metasurfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.19051v1
- Date: Tue, 26 Aug 2025 14:07:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-27 17:42:38.873337
- Title: Photo-Thermally Tunable Photon-Pair Generation in Dielectric Metasurfaces
- Title（参考訳）: 誘電体中における光熱交換可能な光子対生成
- Authors: Omer Can Karaman, Hua Li, Elif Nur Dayi, Christophe Galland, Giulia Tagliabue,
- Abstract要約: 集積フォトニクスにおける自然四波混合(SFWM)に基づく光子対光源は、しばしばスペクトル的に静的である。
我々は、アモルファスシリコン(a-Si)薄膜と準曲面の光子対生成をSFWMで調節する基本的な熱光学機構を実証し、モデル化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9775889547969776
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Photon-pair sources based on spontaneous four-wave mixing (SFWM) in integrated photonics are often spectrally static. We demonstrate and model a fundamental thermo-optical mechanism that modulates photon-pair generation in amorphous silicon (a-Si) thin films and metasurfaces via SFWM. Femtosecond-pulsed excitation yields g2(0) higher than 400 in unpatterned a-Si, confirming high-purity nonclassical emission. Resonant a-Si metasurfaces produce photon pairs at rates exceeding 3.8 kHz under 0.6 mW pump power through Mie-type modes. Pump absorption induces localized heating that redshifts resonances, altering modal overlap and SFWM efficiency, leading to deviations from the quadratic power scaling expected in the undepleted regime. Coupled electromagnetic and heat-transfer simulations quantitatively reproduce these trends. Polarization-resolved measurements show nearly isotropic nonlinear responses, with 3 times higher third-order susceptibility of a-Si compared to poly-Si. This work positions a-Si as a bright, CMOS-compatible quantum photonics platform and identifies thermo-optical detuning as a key mechanism that should be considered-and potentially harnessed-in integrated photon-pair sources.
- Abstract（参考訳）: 集積フォトニクスにおける自然四波混合(SFWM)に基づく光子対光源は、しばしばスペクトル的に静的である。
我々は、アモルファスシリコン(a-Si)薄膜と準曲面の光子対生成をSFWMで調節する基本的な熱光学機構を実証し、モデル化する。
フェムト秒パルス励起では、非パターンのa-Siにおいてg2(0)が400より高くなり、高純度非古典発光が確認される。
共鳴a-Si準曲面は光子対を3.8kHz以上の速度で生成する。
ポンプ吸収は、共振を赤方偏移させ、モードオーバーラップとSFWM効率を変化させる局所加熱を誘導し、非枯渇状態において期待される二次的な電力スケーリングから逸脱する。
結合電磁・伝熱シミュレーションはこれらの傾向を定量的に再現する。
偏光分解測定では, ほぼ等方性非線形応答が示され, ポリ-Siの3次感受性はポリ-Siの3倍であった。
この研究は、a-Siを明るいCMOS互換の量子フォトニクスプラットフォームとして位置づけ、熱光学デチューニングを光子対光線源として考慮すべき重要なメカニズムとして特定する。
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