原子層二次元材料を高Q値シリカ微小光共振器に転写したハイブリッドデバイスを用いて，高効率な二次非線形光学効果の発現を確認した．層数依存性や励起強度依存性を評価することで，界面での強い光と物質の相互作用によって二次元材料の強い非線形性が微小光共振器によって増強された結果であると確かめた．シリカは本来二次非線形光学効果を示さないが，原子レベルの厚みをもつ半導体二次元材料を転写することで，高いQ値を維持したまま微小光共振器の非線形光学特性を劇的に変化させる手法を確立した．
High-efficiency second-order nonlinear optical processes have been demonstrated by using a hybrid device, where an atomically-thin two-dimensional material is integrated into a high-Q silica optical microcavity. By performing the layer-dependence and excitation power dependence measurements, it is confirmed that the strong nonlinearity was enhanced by a microcavity via strong light-matter interaction at the surface. Although silica does not inherently show second-order nonlinearities, this approach provides a method to drastically alter the nonlinear properties of high-Q optical microcavities by functionalizing with semiconductor two-dimensional materials without significant losses.

研究種目 : 若手研究
研究期間 : 2022～2023
課題番号 : 22K14625
研究分野 : 量子光エレクトロニクス