Abstract Copper‐oxide compound semiconductors provide a unique possibility to tune the optical and electronic properties from insulating to metallic conduction, from bandgap energies of 2.1 eV to the infrared at 1.40 eV, i.e., right into the middle of the efficiency maximum for solar‐cell applications. Three distinctly different phases, Cu 2 O, Cu 4 O 3 , and CuO, of this binary semiconductor can be prepared by thin‐film deposition techniques, which differ in the oxidation state of copper. Their material properties as far as they are known by experiment or predicted by theory are reviewed. They are supplemented by new experimental results from thin‐film growth and characterization, both will be critically discussed and summarized. With respect to devices the focus is on solar‐cell performances based on Cu 2 O. It is demonstrated by photoelectron spectroscopy (XPS) that the heterojunction system p‐Cu 2 O/n‐AlGaN is much more promising for the application as efficient solar cells than that of p‐Cu 2 O/n‐ZnO heterojunction devices that have been favored up to now.

Active, widely tunable optical materials have enabled rapid advances in photonics and optoelectronics, especially in the emerging field of meta-devices. Here, we demonstrate that spatially selective defect engineering on the nanometer scale can transform phase-transition materials into optical metasurfaces. Using ion irradiation through nanometer-scale masks, we selectively defect-engineered the insulator-metal transition of vanadium dioxide, a prototypical correlated phase-transition material whose optical properties change dramatically depending on its state. Using this robust technique, we demonstrated several optical metasurfaces, including tunable absorbers with artificially induced phase coexistence and tunable polarizers based on thermally triggered dichroism. Spatially selective nanoscale defect engineering represents a new paradigm for active photonic structures and devices.

Erbium-doped fiber amplifiers revolutionized long-haul optical communications and laser technology. Erbium ions could provide a basis for efficient optical amplification in photonic integrated circuits but their use remains impractical as a result of insufficient output power. We demonstrate a photonic integrated circuit-based erbium amplifier reaching 145 milliwatts of output power and more than 30 decibels of small-signal gain-on par with commercial fiber amplifiers and surpassing state-of-the-art III-V heterogeneously integrated semiconductor amplifiers. We apply ion implantation to ultralow-loss silicon nitride (Si3N4) photonic integrated circuits, which are able to increase the soliton microcomb output power by 100 times, achieving power requirements for low-noise photonic microwave generation and wavelength-division multiplexing optical communications. Endowing Si3N4 photonic integrated circuits with gain enables the miniaturization of various fiber-based devices such as high-pulse-energy femtosecond mode-locked lasers.

Abstract The insulator‐to‐metal transition (IMT) in vanadium dioxide (VO 2 ) can enable a variety of optics applications, including switching and modulation, optical limiting, and tuning of optical resonators. Despite the widespread interest in VO 2 for optics, the wavelength‐dependent optical properties across its IMT are scattered throughout the literature, are sometimes contradictory, and are not available at all in some wavelength regions. Here, the complex refractive index of VO 2 thin films across the IMT is characterized for free‐space wavelengths from 300 nm to 30 µm, using broadband spectroscopic ellipsometry, reflection spectroscopy, and the application of effective‐medium theory. VO 2 films of different thicknesses are studied, on two different substrates (silicon and sapphire), and grown using different synthesis methods (sputtering and sol–gel). While there are differences in the optical properties of VO 2 synthesized under different conditions, these differences are surprisingly small in the ≈2–11 µm range where the insulating phase of VO 2 also has relatively low optical loss. It is anticipated that the refractive‐index datasets from this article will be broadly useful for modeling and design of VO 2 ‐based optical and optoelectronic components, especially in the mid‐wave and long‐wave infrared.

This contribution discusses the role of hexagonal Boron Nitride (hBN) as a host for photon emitters. In this study we employ gallium ion implantation to create emitters within hBN. Gallium ions are found to be optimal for generating many emitters, when both the ion energy and fluence are carefully controlled. Post-irradiation thermal annealing induces defect transmutation, providing spectral tunability to the emitters. Together with Focused Ion Beam (FIB) implantation, allowing for nanoscale defect positioning, it is possible to precisely pattern multiple photon emitters at various optical frequencies on one platform. Overall, the research highlights hBN potential in advancing quantum technologies.

Quantum emitters in hexagonal boron nitride (hBN) crystals are optimal candidates for the observation of single photon emission, but achieving control over their features is a challenging task. In this work, we present the deterministic generation of emitters with selected position and spectral features with a method that combines ion implantation and annealing of the sample. With this method, we even achieved control over the density of emitters. Such control is a fundamental step towards the engineering of emitter ensembles that can be readily embedded in Van der Waals heterostructures and advanced quantum systems.

Abstract Zinc oxide (ZnO) nanowire lasers are increasingly integrated into complex optoelectronic devices as a source of coherent radiation. To enable the rational design of these devices, it is crucial to understand how both the nanowire resonator and its surrounding environment influence mode competition and the three-dimensional structure of lasing modes. Additionally, realistic models of the lasing process must account for transient gain dynamics. In order to investigate the impact of an inhomogeneous environment, composed of various materials and structures, on mode competition, we conducted Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulations of the dominant lasing modes in different ZnO nanowire laser configurations. Our model describes how key parameters such as nanowire diameter, length, and substrate choice affect the field distribution in the lasing regime. We show that metallic substrates support lasing in thin nanowires in two distinct coupling regimes. Furthermore, we show that metallic particles attached to the nanowire end facets as a result of established nanowire growth techniques significantly influence lasing threshold, field distribution and competition between counter-propagating modes. We show that attaching an aluminum particle at the end facet of a ZnO nanowire leads to a threshold reduction, a switching of the dominant lasing mode and a mono-directional power flow inside a large segment of the nanowire.