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混合超晶格

DOI：10.1103/PhysRevApplied.10.064005 期刊：Physical Review Applied 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 研究了利用GaAs/AlAs混合超晶格作为χ(3)准相位匹配结构来增强受激拉曼散射(SRS)的效果，其中包含了四波混频(FWM)、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和双光子吸收(TPA)等克尔效应。特别值得注意的是，反斯托克斯光的产生效率在此得到显著提升——由于泵浦光、斯托克斯光与反斯托克斯光相互作用存在相位失配，反斯托克斯光本征具有极低的产生效率（而斯托克斯光因无此相位失配具有较高效率）。与未使用超晶格的情况相比，该超晶格结构能使小泵浦强度下的反斯托克斯效率提升至10^3量级。研究发现这种增强效应通过同步四波混频实现了效率跃升，同时揭示了SPM和XPM对效率增强的削弱作用。研究还确定了能提供最高效率的最优超晶格长度，并分析了该优化长度下TPA导致的效率衰减。最后为获得更高反斯托克斯效率（或调控斯托克斯/反斯托克斯效率比例），提出采用光子带隙腔体结构。
作者： Isao Tomita，Shinichi Saito，David C. Hutchings
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研究概述 实验方案

研究目的

研究利用GaAs/AlAs混合超晶格作为χ(3)准相位匹配结构来增强受激拉曼散射(SRS)，包括克尔效应引发的四波混频(FWM)、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和双光子吸收(TPA)等现象的影响，重点提升反斯托克斯光的产生效率。

研究成果

GaAs/AlAs混合超晶格通过准相位匹配显著提升了受激拉曼散射中反斯托克斯产生的效率，与非超晶格结构相比实现了高达103倍的改进。该研究确定了实现最大效率的最佳超晶格长度，并分析了双光子吸收的退化效应。所提出的光子带隙腔结构为进一步提高反斯托克斯效率或控制斯托克斯与反斯托克斯产生的相对效率提供了一种潜在方法。

研究不足

该研究主要侧重于理论建模与数值模拟，未包含实验验证。分析基于特定条件假设，例如不考虑界面粗糙度导致的显著附加光学散射损耗，并在某些条件下忽略受激布里渊散射（SBS）的影响。所提器件的实际实施可能面临制造精度和材料特性相关的挑战。

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