We propose a scheme of an optical amplifier based on GaN and ZnO waveguides operating in the regime of strong coupling between photonic modes and excitonic resonances. Amplification of the guided exciton-polaritons is obtained by stimulated scattering from the excitonic reservoir, which is found to be fast enough compared with the large velocity of the guided polariton modes. We analyze the device parameters at different temperatures. We find that an 80 μm-long amplifier can provide a gain of 10 dB at room temperature, being supplied by 5 mA current in the cw regime.
References
1.
P.
Ambs
, Adv. Opt. Technol.
10
, 372652
(2010
).2.
K.
Nozaki
, T.
Tanabe
, A.
Shinya
, S.
Matsuo
, T.
Sato
, H.
Taniyama
, and M.
Notomi
, Nat. Photonics
4
, 477
(2010
).3.
4.
A.
Imamoglu
, R. J.
Ram
, S.
Pau
, and Y.
Yamamoto
, Phys. Rev. A
53
, 4250
(1996
).5.
S.
Christopoulos
, G. B. H.
von Högersthal
, A. J. D.
Grundy
, P. G.
Lagoudakis
, A. V.
Kavokin
, J. J.
Baumberg
, G.
Christmann
, R.
Butte
, E.
Feltin
, J.-F.
Carlin
, and N.
Grandjean
, Phys. Rev. Lett.
98
, 126405
(2007
).6.
J. J.
Baumberg
, A. V.
Kavokin
, S.
Christopoulos
, A. J. D.
Grundy
, R.
Butt
, G.
Christmann
, D. D.
Solnyshkov
, G.
Malpuech
, G. B. H.
von Högersthal
, E.
Feltin
, J.-F.
Carlin
, and N.
Grandjean
, Phys. Rev. Lett.
101
, 136409
(2008
).7.
F.
Li
, L.
Orosz
, O.
Kamoun
, S.
Bouchoule
, C.
Brimont
, P.
Disseix
, T.
Guillet
, X.
Lafosse
, M.
Leroux
, J.
Leymarie
, M.
Mexis
, M.
Mihailovic
, G.
Patriarche
, F.
Rveret
, D.
Solnyshkov
, J.
Zuniga-Perez
, and G.
Malpuech
, Phys. Rev. Lett.
110
, 196406
(2013
).8.
A.
Trichet
, E.
Durupt
, F.
Medard
, S.
Datta
, A.
Minguzzi
, and M.
Richard
, Phys. Rev. B
88
, 121407(R)
(2013
).9.
D.
Solnyshkov
, E.
Petrolati
, A.
Di Carlo
, and G.
Malpuech
, Appl. Phys. Lett.
94
, 011110
(2009
).10.
G.
Malpuech
, D.
Solnyshkov
, A.
Di Carlo
, and E.
Petrolati
, U.S. patent 20110261851 (2009
).11.
C.
Schneider
, A.
Rahimi-Iman
, N.
Young Kim
, J.
Fischer
, I. G.
Savenko
, M.
Amthor
, M.
Lermer
, A.
Wolf
, L.
Worschech
, V. D.
Kulakovskii
, I. A.
Shelykh
, M.
Kamp
, S.
Reitzenstein
, A.
Forchel
, Y.
Yamamoto
, and S.
Hofling
, Nature (London)
497
, 348
(2013
).12.
P.
Bhattacharya
, B.
Xiao
, A.
Das
, S.
Bhowmick
, and J.
Heo
, Phys. Rev. Lett.
110
, 206403
(2013
).13.
P.
Bhattacharya
, T.
Frost
, S.
Deshpande
, Md. Z.
Baten
, A.
Hazari
, and A.
Das
, Phys. Rev. Lett.
112
, 236802
(2014
).14.
A.
Amo
, T. C. H.
Liew
, C.
Adrados
, R.
Houdre
, E.
Giacobino
, A. V.
Kavokin
, and A.
Bramati
, Nat. Photonics
4
, 361
(2010
).15.
D.
Ballarini
, M.
De Giorgi
, E.
Cancellieri
, R.
Houdre
, E.
Giacobino
, R.
Cingolani
, A.
Bramati
, G.
Gigli
, and D.
Sanvitto
, Nat. Commun.
4
, 1778
(2013
).16.
T.
Gao
, P. S.
Eldridge
, T. C. H.
Liew
, S. I.
Tsintzos
, G.
Stavrinidis
, G.
Deligeorgis
, Z.
Hatzopoulos
, and P. G.
Savvidis
, Phys. Rev. B
85
, 235102
(2012
).17.
H. S.
Nguyen
, D.
Vishnevsky
, C.
Sturm
, D.
Tanese
, D.
Solnyshkov
, E.
Galopin
, A.
Lematre
, I.
Sagnes
, A.
Amo
, G.
Malpuech
, and J.
Bloch
, Phys. Rev. Lett.
110
, 236601
(2013
).18.
C.
Sturm
, D.
Tanese
, H. S.
Nguyen
, H.
Flayac
, E.
Galopin
, A.
Lemaitre
, I.
Sagnes
, D.
Solnyshkov
, A.
Amo
, G.
Malpuech
, and J.
Bloch
, Nat. Commun.
5
, 3278
(2014
).19.
K.
Sakuda
, U.S. patent 4747650A (1988
).20.
T.
Akiyama
, M.
Ekawa
, M.
Sugawara
, K.
Kawaguchi
, H.
Sudo
, A.
Kuramata
, H.
Ebe
, and Y.
Arakawa
, IEEE Photonics Technol. Lett.
17
, 1614
(2005
).21.
Y.
Yamamoto
and T.
Mukai
, Opt. Quantum Electron.
21
, S1
–S14
(1989
).22.
A.
Capua
, O.
Karni
, G.
Eisenstein
, and J. P.
Reithmaier
, Phys. Rev. B
90
, 045305
(2014
).23.
M.
Sugawara
, H.
Ebe
, N.
Hatori
, M.
Ishida
, Y.
Arakawa
, T.
Akiyama
, K.
Otsubo
, and Y.
Nakata
, Phys. Rev. B
69
, 235332
(2004
).24.
C.
Schubert
, R.
Ludwig
, and H.-G.
Weber
, J. Opt. Fiber Commun. Res.
2
, 171
–208
(2005
).25.
P. M.
Walker
, L.
Tinkler
, M.
Durska
, D. M.
Whittaker
, I. J.
Luxmoore
, B.
Royall
, D. N.
Krizhanovskii
, M. S.
Skolnick
, I.
Farrer
, and D. A.
Ritchie
, Appl. Phys. Lett.
102
, 012109
(2013
).26.
T. N.
Oder
, J.
Li
, J. Y.
Lin
, and H. X.
Jiang
, Proc. SPIE
4643
, 258
(2002
).27.
M.
Liscidini
, D.
Gerace
, D.
Sanvitto
, and D.
Bajoni
, Appl. Phys. Lett.
98
, 121118
(2011
).28.
G.
Lerario
, A.
Cannavale
, D.
Ballarini
, L.
Dominici
, M.
De Giorgi
, M.
Liscidini
, D.
Gerace
, D.
Sanvitto
, and G.
Gigli
, Opt. Lett.
39
, 2068
(2014
).29.
E.
Wertz
, A.
Amo
, D. D.
Solnyshkov
, L.
Ferrier
, T. C. H.
Liew
, D.
Sanvitto
, P.
Senellart
, I.
Sagnes
, A.
Lematre
, A. V.
Kavokin
, G.
Malpuech
, and J.
Bloch
, Phys. Rev. Lett.
109
, 216404
(2012
).30.
G.
Malpuech
, A.
Di Carlo
, A.
Kavokin
, J. J.
Baumberg
, M.
Zamfirescu
, and P.
Lugli
, Appl. Phys. Lett.
81
, 412
(2002
).31.
M.
Zamfirescu
, A.
Kavokin
, B.
Gil
, G.
Malpuech
, and M.
Kaliteevski
, Phys. Rev. B
65
, 161205
(2002
).32.
D.
Solnyshkov
, H.
Ouerdane
, and G.
Malpuech
, J. Appl. Phys.
103
, 016101
(2008
).33.
L.
Orosz
, F.
Reveret
, F.
Medard
, P.
Disseix
, J.
Leymarie
, M.
Mihailovic
, D.
Solnyshkov
, G.
Malpuech
, J.
Zuniga-Perez
, F.
Semond
, M.
Leroux
, S.
Bouchoule
, X.
Lafosse
, M.
Mexis
, C.
Brimont
, and T.
Guillet
, Phys. Rev. B
85
, 121201
(2012
).34.
F.
Tassone
, C.
Piermarocchi
, V.
Savona
, A.
Quattropani
, and P.
Schwendimann
, Phys. Rev. B
56
, 7554
(1997
).35.
M.
Galbiati
, L.
Ferrier
, D. D.
Solnyshkov
, D.
Tanese
, E.
Wertz
, A.
Amo
, M.
Abbarchi
, P.
Senellart
, I.
Sagnes
, A.
Lemaitre
, E.
Galopin
, G.
Malpuech
, and J.
Bloch
, Phys. Rev. Lett.
108
, 126403
(2012
).36.
M.
Haridim
, B. I.
Lembrikov
, and Y.
Ben-Ezra
, Advances in Optical Amplifiers
(InTech
, Rijeka, Croatia
, 2011
).37.
G. P.
Agrawal
and N. A.
Olsson
, IEEE J. Quantum Electron.
25
, 2297
(1989
).38.
Y.
Chen
, W.
Xue
, F.
Ohman
, and J.
Mork
, J. Lightwave Technol.
26
, 3734
(2008
).39.
C. J.
Chang-Hasnain
and S. L.
Chuang
, J. Lightwave Technol.
24
, 4642
(2006
).40.
P.
Leboeuf
and S.
Moulieras
, Phys. Rev. Lett.
105
, 163904
(2010
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
