Inizio

01/03/2023

Fine

28/02/2026

Status

In corso

PIONEER

Vedi il sito del progetto

Inizio

01/03/2023

Fine

28/02/2026

Status

In corso

Ottica non lineare su nanoscala: corrispondenza di fase nei semiconduttori stratificati di spessore micrometrico

I materiali ottici non lineari convertono la luce a contatto di una determinata frequenza in luce riflessa di un’altra. Questi materiali sono alla base delle tecnologie avanzate nel settore delle telecomunicazioni, nel rilevamento ottico e nella ricerca sui materiali. Grazie al sostegno del programma di azioni Marie-Skłodowska-Curie, il progetto PIONEER rivoluzionerà l’ottica non lineare su nanoscala. Il progetto si propone di ottenere la corrispondenza di fase in pile verticali ingegnerizzate di semiconduttori stratificati che presentano non linearità enormi, per ottenere le stesse efficienze prodotte dai cristalli non lineari alla rinfusa, ma con spessori nell’ordine dei micron. L’obiettivo finale è lo sviluppo di dispositivi non lineari integrabili ultracompatti on-chip basati su ottiche non lineari a corrispondenza di fase in semiconduttori stratificati.

  • Obiettivo di progetto

    Light is one of the most powerful tools in our hands to study the world around us. Lasers have indeed revolutionized our daily life. Since they only work at a few fixed wavelengths, it is crucial to convert their wavelength into the required one. Nonlinear optics provides essential tools to this end. For instance, second harmonic generation is a nonlinear process in which an intense input field at frequency generates a new field at the second harmonic frequency 2. The maximum efficiency of the nonlinear process is achieved by minimising the wave vector mismatch k, i.e. the difference of the input wave vector at and the wave vector of the second harmonic at 2, achieving the so-called phase-matching condition (k=0). Birefringent phase-matching (BPM) can be obtained in anisotropic nonlinear crystals with moderate nonlinearities (few pm/V). Alternatively, quasi-phase-matching (QPM) makes use of periodically-poled nonlinear crystals with larger nonlinearities (10-20 pm/V). Typical crystals for BPM and QPM have a large efficiency but macroscopic thickness, i.e. millimeter/centimeters, and do not easily lend themselves to on-chip integration. PIONEER aims at revolutionising nonlinear optics at the nanoscale, achieving birefringent and quasi phase-matching in engineered vertical stacks of layered semiconductors, like non-centrosymmetric transition metal dichalcogenides (3R-TMDs), which possess huge nonlinearities (100-1000 pm/V) and promise to achieve the same efficiencies of bulk nonlinear crystals within micron-thicknesses. The goal of PIONEER is the development of ultra-compact on-chip integrable nonlinear devices, like entangled photon sources, nano-lasers and waveguides based on 3R-TMDs, exceeding the performances of state-of-the-art photonic resonators and nonlinear waveguides. PIONEER will initiate the field of phase-matched nonlinear optics with layered semiconductors and will trigger the next revolution of integrated nonlinear optical devices.