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物理学 > 光学

arXiv:2505.17336v1 (physics)
[提交于 2025年5月22日 ]

标题: 极化激元级联声子激光

标题: Polariton cascade phonon laser

Authors:I. Papuccio-Fernández, A. A. Reynoso, A. E. Bruchhausen, A. S. Kuznetsov, K. Biermann, P.V. Santos, G. Usaj, A. Fainstein
摘要: 声子激光,如同它们的光子对应物一样,依赖于受激发射的物理机制。 可以说,由于光传播不需要物质基质,而声音需要,这两种技术的影响却大相径庭,“声放大器”(用于通过受激辐射放大声音)大多仍停留在学术研究的范畴内。 然而,由于可以使用相干声波生成来实现芯片上超高频信息处理,以及在量子领域,在集成光子和光机电设备中的应用,这种情况可能会发生变化。 受到基于半导体异质结构中状态量子工程的单极激光概念的启发,我们提出并实现了量子级联声子激光器(QCPL)。 在一个微结构半导体器件中,光学诱导形成激子-光子准粒子(极化子)的凝聚体,使其跃迁到一系列经过设计的能级。 这一下能级跃迁伴随着高效受激发射频率分别为$\sim 20$、$\sim 60$和$\sim 100$GHz 的声子,这些声子被设计为与同一芯片上的极化子进行强烈的相互作用。 这一概念的提出为设计集成高频光机电设备开辟了道路,例如非互易光子传输和多波长布里渊激光器。
摘要: Phonon lasers, as their photon counterparts, rely on the physics of stimulated emission. Arguably, because light does not require a material substrate to propagate, while sound does, the impact of the two technologies has however been highly contrasting, with "sasers" (for sound amplification by stimulated emission of radiation) mostly remaining as an academic curiosity. This might be changing due to the possibility to use coherent sound generation for on-chip processing of information at ultra-high frequencies, and in the quantum realm, in integrated photonic and optomechanical devices. Inspired by the concept of unipolar lasers based on the quantum engineering of states in semiconductor heterostructures, we propose and implement a quantum cascade phonon laser (QCPL). A condensate of exciton-photon quasiparticles (polaritons) is optically induced in a microstructured semiconductor device to jump down a ladder of engineered levels. This down-cascade is accompanied by the efficient stimulated emission of phonons of $\sim 20$, $\sim 60$, and $\sim 100$~GHz, which are designed to strongly interact with the polaritons on the same chip. The proposed concept opens the path for the design of integrated high-frequency optomechanical devices, as for example for non-reciprocal photon transport and multi-wavelength Brillouin lasers.
评论: 15页,9幅图
主题: 光学 (physics.optics) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 其他凝聚态物理 (cond-mat.other)
引用方式: arXiv:2505.17336 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2505.17336v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.17336
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Axel Bruchhausen Dr. [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 5 月 22 日 23:15:58 UTC (21,762 KB)
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