Quasi-Phasenanpassung durch Van-der-Waals-Stapelung ermöglicht

Abstrakt

Quasi-Phasenanpassung (QPM) ist eine in der nichtlinearen Optik weit verbreitete Technik zur Steigerung der Effizienz und Stabilität von Frequenzumwandlungsprozessen. Konventionelle QPM basiert jedoch auf periodisch gepolten ferroelektrischen Kristallen, deren Verfügbarkeit begrenzt ist. Die 3R-Phase von Molybdändisulfid (3R-MoS₂), einem Übergangsmetalldichalkogenid (TMDc) mit gebrochener Inversionssymmetrie, erweist sich als vielversprechender Kandidat für QPM und ermöglicht effiziente nichtlineare Prozesse. Hier demonstrieren wir experimentell QPM im Nanomaßstab durch Van-der-Waals-Stapelung von 3R-MoS₂-Schichten mit spezifischer Orientierung, um die Frequenzverdopplung (SHG) über die Grenzen ohne QPM hinaus zu steigern. Wir demonstrieren außerdem eine verstärkte spontane parametrische Abwärtskonversion (SPDC) mittels QPM der 3R-MoS₂-Homostruktur, wodurch eine effizientere Erzeugung verschränkter Photonenpaare ermöglicht wird. Die Einstellbarkeit der Van-der-Waals-Stapelung von 3R-MoS₂ bietet eine Plattform zur Feinabstimmung der Phasenanpassungsbedingungen. Diese Technik eröffnet interessante Möglichkeiten für potenzielle Anwendungen in der nichtlinearen Prozess- und Quantentechnologie.