Phase-matched second harmonic generation with on-chip GaN-on-Si microdisks

Creators: Roland, Iannis; Gromovyi, Maksym; Zeng, Y.; El Kurdi, M.; Sauvage, S.; Brimont, C.; Guillet, Thierry; Gayral, Bruno; Semond, Fabrice; Duboz, Jean-Yves; de Micheli, Marc; Checoury, Xavier; Boucaud, Philippe

Others:: Institut d'électronique fondamentale (IEF) ; Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA); Nanophysique et Semiconducteurs (NPSC) ; PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS (PHELIQS) ; Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG) ; Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG) ; Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA); Institut de Physique de Nice (INPHYNI) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA); ANR-11-LABX-0014,GANEX,Réseau national sur GaN(2011); ANR-13-BS10-0010,QUANONIC,Optique quantique et non-linéaire dans des cavités nitrures(2013); ANR-11-IDEX-0003,IPS,Idex Paris-Saclay(2011)

Description

We demonstrate phase-matched second harmonic generation in gallium nitride on silicon microdisks. The microdisks are integrated with side-coupling bus waveguides in a two-dimensional photonic circuit. The second harmonic generation is excited with a continuous wave laser in the telecom band. By fabricating a series of microdisks with diameters varying by steps of 8 nm, we obtain a tuning of the whispering gallery mode resonances for the fundamental and harmonic waves. Phase matching is obtained when both resonances are matched with modes satisfying the conservation of orbital momentum, which leads to a pronounced enhancement of frequency conversion.

Abstract

International audience

Phase-matched second harmonic generation with on-chip GaN-on-Si microdisks

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