We report the basic nonlinear optical properties namely two-photon absorption coefficient b three-photon absorption coefficient c and Kerr nonlinear refractive index nkerr of GaN crystals in polar c-p

我们报告了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)。我们使用了典型的Z扫描技术，使用飞秒Ti:S激光器从724 nm到840 nm的波长进行测量。对于双光子吸收系数(b)，极性、非极性和半极性样品得到了类似的值，即在724 nm处为0.90 cm/GW，在730 nm处为0.65 cm/GW。对于Kerr非线性折射率(nkerr)，我们观察到了自聚焦特性，这与以前的报告中观察到的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，nkerr被测量为2.5×10^(-14) cm^2/W对于所有三个样品。还确定了三光子吸收系数(c)，与以前的报告一致。这项研究为III族氮化物半导体的基本非线性光学性质提供了宝贵的信息，这对于集成光子学和量子光子学等广泛应用至关重要。

总之，我们研究了GaN极性c平面、非极性m平面和半极性(2021)平面的基本非线性光学性质，包括TPA、3PA和Kerr折射率。在这三个取向的样品中没有观察到显著差异。对于GaN样品，观察到了较低的TPA系数b(724 nm处为0.90 cm/GW，730 nm处为0.65 cm/GW)，这导致了GaN波导器件的非线性损耗非常低。对于Kerr折射率，所有三个样品在724 nm处观察到了nkerr为2.50×10^(-14) cm^2/W。这项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宝贵的信息，特别是用于高品质因子共振结构(如环形谐振器和圆盘谐振器)内非线性过程的研究。