不同晶向GaN晶体的非线性光学特性研究

本文研究了GaN晶体在极性c平面、非极性m平面和半极性(2021)平面取向上的基本非线性光学性质，包括双光子吸收系数(b)、三光子吸收系数(c)和Kerr非线性折射率(nkerr)。我们采用飞秒Ti:S激光器，结合Z扫描技术，在724 nm到840 nm波长范围内进行了测量。

研究发现，三种晶向的GaN晶体在双光子吸收系数方面表现出相似的值，在724 nm处约为0.90 cm/GW，在730 nm处约为0.65 cm/GW。对于Kerr非线性折射率，我们观察到了自聚焦特性，这与先前报道的GaN在可见光和近紫外光谱区域的自去聚焦特性不同。在724 nm处，所有三种样品的nkerr均约为2.5×10^(-14) cm^2/W。此外，我们还确定了三光子吸收系数，其结果与之前的报道一致。

主要结果：

三种晶向的GaN晶体具有相似的双光子吸收系数，表明其非线性损耗较低，有利于GaN波导器件的应用。* 观察到Kerr非线性折射率表现为自聚焦特性，这为GaN基非线性光学器件的设计提供了新的思路。* 测定了三光子吸收系数，为深入理解GaN的非线性光学特性提供了数据支持。

结论：

本研究提供了关于III族氮化物半导体基本非线性光学特性的宝贵信息，这些信息对于集成光子学和量子光子学等广泛应用至关重要。尤其是，本研究的结果为制备高性能、低损耗的GaN光子器件和集成光子电路提供了重要参考，特别是用于研究高品质因子共振结构（如环形谐振器和圆盘谐振器）内的非线性过程。