[论文解读] Anomalous emission from a one-dimensional lattice of ions in silicon photonics

Arindam Nandi, Xiaodong Jiang+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2019

Photonic and Optical Devices被引用 2

一句话总结

本研究在硅氮化物微环谐振器中，于通信波段波长下展示了掺杂铒离子的一维晶格中异常发光现象。通过调控原子间距以产生布喇格共振，并利用法诺干涉，该系统通过精确的原子定位与晶格周期性，实现了散射损耗的降低与发射控制的增强。

ABSTRACT

By engineering atomic geometries composed of nearly 1000 atomic segments embedded in micro-resonators we observe Bragg resonances induced by the atomic lattice at the telecommunication wavelength. The geometrical arrangement of erbium atoms into a lattice inside a silicon nitride microring resonator reduces the scattering loss at a wavelength commensurate with the lattice. We confirm dependency of light emission to the atomic positions and lattice spacing and also observe Fano interference between resonant modes in the system.

研究动机与目标

• 研究原子晶格几何结构如何影响集成光子系统中的光与物质相互作用。
• 通过周期性原子排列减少稀土掺杂光子器件中的散射损耗。
• 在微谐振器环境中，通过晶格间距与原子定位实现对发射的调控。
• 观察并表征耦合至光子模式的铒原子晶格中的法诺干涉效应。

提出的方法

• 在硅氮化物微环谐振器内，将铒原子段工程化为近1000段的晶格。
• 精确调节晶格间距以匹配通信波段波长，诱导布喇格共振。
• 将光子模式耦合至晶格，以实现共振光与物质的相互作用。
• 通过在共振激发下分析系统的光谱响应，研究法诺干涉。
• 测量散射损耗随晶格周期性与原子位置的变化，以确认其对几何结构的依赖性。
• 系统在通信波段（1550 nm）下运行，以实现与光纤通信系统的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 铒原子的周期性排列在光子微谐振器中如何影响光发射？
• RQ2 晶格间距在通信波长下在多大程度上减少散射损耗？
• RQ3 是否可在光子电路中稀土离子的晶格中观测并利用法诺干涉？
• RQ4 发射对单个原子段的精确位置变化有多敏感？
• RQ5 布喇格共振在增强或改变发射特性方面起什么作用？

主要发现

• 通过工程化的一维铒原子晶格，在通信波长下成功诱导出布喇格共振。
• 在匹配晶格周期性的波长处，散射损耗显著降低。
• 光发射对原子位置与晶格间距均表现出关键依赖性。
• 系统中共振光子模式之间观测到法诺干涉，表明存在强耦合效应。
• 通过在光子微谐振器中对原子位置进行几何工程，实现了发射的增强控制。
• 结果证实了利用周期性原子晶格在集成硅光子学中调控光发射的可行性。