Hybrid plasmonic modes for enhanced refractive index sensing
本文综述了耦合金属纳米结构中各类混合等离激元模式的物理机制,评估了其在折射率传感中的应用潜力,并展望了该领域未来发展方向,为高灵敏度等离激元传感器件研发提供参考。
2023-04-19 physics.optics
Enhanced spectral sensitivity of a chip-scale photonic-crystal slow-light interferometer
实验证明,结构慢光可以提高马赫-曾德尔(MZ)干涉仪的光谱灵敏度。我们观察到一个20倍的增强,通过将色散工程慢光光子晶体波导中的一个臂基于光纤的MZ干涉仪。干涉仪的光谱灵敏度随群折射率近似线性地增加,我们用干涉条纹的光谱密度来量化分辨率。这些结果表明,使用慢光方法开发新的光学计量工具,特别是紧凑的高分辨率光谱仪的承诺。
2016-01-28 physics.optics
Slow-light enhanced optical detection in liquid-infiltrated photonic crystals
对液体渗透光子晶体中的慢光增强光学探测进行了理论研究。使用散射矩阵的方法和Wigner-Smith延迟时间的概念,我们表明,光吸收的好处都从慢光现象以及高填充因子的能量驻留在液体中。利用强色散的光子晶体结构,我们数值演示了如何液体渗透的光子晶体促进增强的光-物质相互作用,潜在的数量级。所提出的概念提供了强大的机会,改善现有的小型化吸收池的光学检测在芯片实验室系统。
2007-10-19 physics.optics
Enhanced temperature sensing by multi-mode coupling in an on-chip microcavity system
针对微腔传感分辨率受光学品质因数和模式体积限制的问题,本研究在片上集成微腔系统中提出并验证了利用多模耦合增强自参考温度传感器分辨率的方法。
2023-08-21 physics.app-ph physics.optics
Slow-light enhanced optical forces between longitudinally shifted photonic-crystal nanowire waveguides
我们发现,侧耦合光子晶体纳米线波导之间的慢光增强的光学力可以灵活地控制通过引入一个相对的纵向位移。我们预测,接近光子带边,在那里的群速度降低,横向力可以从排斥调谐到吸引力,和力被抑制为一个特定的移位值。此外,与其中这种力消失的未移位结构相比,移位导致对称性破坏,这可以促进作用在波导上的纵向力。
2011-11-02 physics.optics
Collective-motion-enhanced acceleration sensing via an optically levitated microsphere array
提出基于光悬浮微球阵列的加速度传感方案,利用集体模式与腔耦合编码加速度信息,相比单微球方案灵敏度提升√N倍。
2023-03-13 physics.optics
Slow-light enhanced gain in active photonic crystal waveguides
慢光是一种迷人的物理效应,它提出了与我们理解光-物质相互作用有关的基本问题,并为光子器件提供了新的可能性。从超冷原子气体、固态红宝石和光子晶体结构中慢光传播的首次演示开始,焦点已经转移到应用上,慢光提供了增强和控制光-物质相互作用的能力。可调延迟线,增强的非线性和自发发射,放大的光谱灵敏度和增加的相移的演示说明了慢光传播的可能性,微波光子学新兴的有前途的应用之一。在这里,我们证明,慢光可以用来控制和增加有源半导体波导的增益系数。这种效应在理论上得到了预测,但尚未在实验上得到证实。这些结果显示了一条实现集成光子学中线性和非线性应用的超紧凑光放大器的路线,并促使进一步研究这种结构的丰富物理。
2014-05-01 physics.optics
Enhanced stimulated Raman scattering in slow-light photonic crystal waveguides
首次研究了慢光绝缘体上硅(SOI)光子晶体线缺陷波导中受激喇曼散射的增强。通过将Bloch-Floquet公式应用于平面光子晶体中的导模,我们建立了一种将下移Stokes信号的强度与泵浦强度和模群速度联系起来的公式。然后将该方法应用于慢光光子晶体波导中增强受激喇曼产生的两种方案。结果表明,相对于SOI沟道波导,最大增强因子为10^4(66,000)。本文还讨论了双光子吸收、本征散射和无序对光泵硅放大器和激光器慢光喇曼效应的影响。
2005-12-14 physics.optics
Quantum-Enhanced Plasmonic Sensing
量子资源可以提高设备的灵敏度,使其超过经典散粒噪声极限,因此,通过开发量子增强传感器,彻底改变了计量领域。特别地,广泛用于生物和化学传感应用的等离子体传感器提供了将这种增强带到现实生活设备的独特机会。在这里,我们使用明亮的纠缠双光束来提高用于测量局部折射率变化的等离子体传感器的灵敏度。我们证明了最先进的等离子体传感器的灵敏度的56%的量子增强,测量的灵敏度在$10^{-10}$ RIU $/\sqrt{\textrm{Hz}}$的数量级上,比量子增强等离子体传感器的先前的原理验证实施方式好近5个数量级。这些结果有望显着增强超痕量标记自由等离子体传感,并将找到他们的方式进入从生物医学应用到化学检测等领域。
2018-02-01 physics.optics quant-ph
Enhanced sensitivity deep subwavelength direction-of-arrival sensing using temporal modulation
电磁波与时变系统的相互作用是近年来研究的热点。时间调制对响应进行了前所未有的控制,使我们能够超越被动系统的最新技术。在这项工作中,我们使用时间变化来推导出一个模型的深亚波长方向的到来(DoA)传感装置具有增强的性能和灵敏度。我们制定的问题,推导出一个分析模型,并讨论负责增强的各种物理机制。我们表明,时间调制使一个新的控制程度,可用于优化各种入射频率的响应,允许宽带操作。此外,我们表明,将电流从更高产生的谐波到感测方案,使我们能够提取更准确的信息的冲击波。
2023-02-05 physics.app-ph physics.optics
Enhanced sensing performance by the plasmonic analogue of electromagnetically induced transparency in active metamaterials
为了提高类电磁感应透明(EIT)等离子体结构的传感性能,研究了金属超材料中电磁感应透明(EIT)的增益辅助等离子体模拟。该结构由三根杆件组成,其中两根杆件相互平行(暗四极元件)但垂直于第三条结果表明,除了对周围介质的折射率波动的高灵敏度之外,这种有源EIT类超材料的优值可以大大提高,这归因于放大的窄透明度峰。
2011-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Entanglement-Enhanced Sensing in a Lossy and Noisy Environment
非经典态对于基于光学的量子信息处理是必不可少的,但它们的脆弱性限制了它们在实际场景中的效用,在这些场景中,损耗和噪声不可避免地降低(如果不是破坏)非经典性。在量子精密测量中利用非经典态产生的灵敏度优于所有经典方案,每个测量间隔向被探测的样品提供相同的能量。这些增强几乎无一例外地被量子退相干严重削弱。在这里,我们实验证明了一个纠缠增强的传感系统,是弹性的量子退相干。我们采用纠缠实现了20%的信噪比的改善超过最佳的经典方案中的纠缠打破环境的困扰由14 dB的损失和噪声背景75 dB强于返回的探测光。我们的研究结果表明,有利的量子传感技术可以开发的实际情况。
2014-11-21 physics.optics quant-ph
Parallel Quantum-Enhanced Sensing
本文利用多空间模式孪生光束的时空量子关联,在四传感器等离子体阵列上实现并行量子增强传感,灵敏度较经典配置提升22%至24%。
2023-11-02 physics.optics quant-ph
Diamond-optic enhanced photon collection efficiency for sensing with nitrogen-vacancy centers
提出一种金刚石光学设计,通过相对发光面将氮-空位色心的荧光收集量提升3.8(1)倍,与光线追踪模拟一致,从而改善了磁场、电场、压力、温度及旋转等量子传感测量的散粒噪声限制灵敏度。
2023-01-16 physics.optics quant-ph
Quantum-enhanced sensing via spectral noise reduction
Université Côte d’Azur, CNRS, Institut de physique de Nice (INPHYNI)(尼斯蔚蓝海岸大学,法国国家科学研究中心,尼斯物理研究所);Thales Research and Technology (TRT), Thales Group(泰雷兹研究技术(TRT),泰雷兹集团)
该研究通过频谱噪声减少实现了量子增强的干涉测量,展示了量子相关性在降低噪声底面方面的优势,从而提升信号噪声比。
2026-03-10 physics.optics quant-ph
Enhanced sensing mechanism based on shifting an exceptional point
针对偏离 EP 会破坏例外点、限制连续多次传感的问题,提出微扰使 EP 沿参数轴轻微移动的非破坏增强机制,并以质量传感器和陀螺仪实现验证。
2023-07-18 physics.optics quant-ph
Deep Tissue Sensing of Chiral Molecules using Polarization Enhanced Photoacoustics
针对偏振法在体检测深度受限问题,本文提出PAPEORS系统,利用NIR-II窗口光声信号测量旋光度,在约3.5 mm深度实现手性分子定量,血清葡萄糖检测限达80 mg/dL。
2024-01-19 physics.med-ph physics.optics
High-sensitivity quantum sensing with pump-enhanced spontaneous parametric down-conversion
近年来,量子传感概念的发展利用了基于由自发参量下转换(SPDC)产生的相关光子对的非线性干涉仪。使用远离频率简并的SPDC允许在用于最强样品相互作用的中红外光子和用于低噪声检测的相关近红外光子之间进行“分工”。然而,由SPDC提供的少量光子和由此产生的较差的信噪比是阻碍新颖感测概念的广泛适用性的限制因素。在这里,我们展示了一个非线性干涉仪泵浦增强SPDC的基础上,大大提高了发射率,但保持宽带,自发发射。为了验证这一概念,我们展示了具有近红外检测的高分辨率中红外光谱,展示了提高的准确性。虽然中红外光子的数量比经典光谱仪小大约五个数量级,但量子光谱仪的灵敏度变得相当,这标志着迈向现实世界应用的重要一步。
2022-08-16 physics.optics quant-ph
Quantum enhanced mechanical rotation sensing using wavefront photonic gears
提出基于高维结构光与N=2高通量N00N态源的机械旋转量子传感方案,利用相反螺旋相位板实现16倍超分辨率和25倍灵敏度增强,并可实时检测角加速度。
2024-04-04 physics.optics quant-ph
Loss compensated and enhanced mid-infrared interaction-free sensing with undetected photons
利用未检测到的光子进行感测使得能够测量与检测到的波长不同的波长处的吸收和相移。在这里,我们实验映射的平衡和损耗参数空间中的非简并非线性干涉仪,尽管在检测波长的内部损失的灵敏度的恢复。我们进一步探索了无相互作用的操作模式,其中检测器与样品的入射光功率比>200。这允许在3.4 $μ$ m波长处的功率的阿托瓦级的变化在1550 nm处被检测到,不受热黑体背景的水平的影响。这揭示了一种能够“在黑暗中”有效探测样品的超灵敏红外成像方法。
2022-05-18 physics.optics quant-ph
Distributed quantum sensing enhanced by continuous-variable error correction
分布式感测协议使用本地感测节点的网络来估计网络的全局特征,诸如本地可检测参数的加权平均。在无噪声的情况下,由节点共享的连续变量多体纠缠可以相对于没有共享纠缠的网络所能达到的精度来提高参数估计的精度;对于纠缠协议,均方根估计误差像$1/M$一样随着感知节点的数量$M$而缩放,即所谓的海森堡缩放,而对于没有纠缠的协议,误差像$1/\sqrt{M}$一样缩放。然而,在存在损耗和其他噪声源的情况下,尽管多体纠缠对于感测位移和相位仍然具有一些优势,但是与$M$的精度的缩放不太有利。在本文中,我们表明,使用连续变量纠错码可以提高对缺陷的传感协议的鲁棒性和恢复海森堡缩放到中等值的$M$。此外,虽然以前的分布式传感协议只能测量一个单一的正交,我们构建了一个协议,其中两个正交可以同时感测。我们的工作证明了连续变量纠错码在现实感测场景中的价值。
2020-02-26 physics.optics quant-ph
Enhanced sensing of non-Newtonian effects at ultrashort range with exceptional points in optomechanical systems
提出了一种基于例外点的光机纳米重力仪。该系统是一个耦合腔光机系统,其中的增益和损耗是通过驱动腔分别与一个蓝色和红色失谐的电磁场,。当增益和损耗达到平衡时,系统将表现出例外点的简并,任何扰动都将引起本征频率分裂,分裂与扰动强度的平方根成正比。与传统的光机传感器相比,灵敏度大大提高。该工作为设计光机械超灵敏力传感器铺平了道路,该传感器可应用于检测非牛顿效应、高阶弱相互作用等。
2019-12-12 physics.optics quant-ph
Superlens-Assisted Laser Nanostructuring of Long Period Optical Fiber Gratings (LPGs) for Enhanced Refractive Index Sensing
提出微球辅助超透镜激光纳米结构化方法,在LPGs表面生成纳米孔以增强折射率传感,灵敏度提升16.08%-19.57%,且结构耐久,优于传统涂层方案。
2023-11-10 physics.app-ph physics.optics
Cavity-enhanced absorption sensing with robust sideband locking
提出了一种基于高带宽Pound-Drever-Hall(PDH)边带锁定的简单、连续、腔增强光吸收测量技术。该技术提供了一个共振振幅正交读出,可以映射到腔的内部损耗率,自然是与弱探测光束兼容。使用5 cm长的法布里-珀罗腔,我们测量了$6.6 \times 10^{-11} ~\text{cm}^{-1}/\sqrt{\text{Hz}}$在100 kHz(大致为腔带宽)和$\sim 10^{-10}~\text{cm}^{-1}/\sqrt{\text{Hz}}$在30 kHz至1 MHz的吸收灵敏度,其中$38~μ$ W从腔的循环功率收集。
2021-10-06 physics.ins-det physics.optics
Enhanced sensing of molecular optical activity with plasmonic nanohole arrays
展望了利用金属孔阵列增强光学探测纳米尺度分子手性的前景。光传输通过填充有光学活性材料的孔进行建模,并证明了超过一个数量级的活性增强。的手性检测的空间分辨率被证明是几十纳米。通过对圆柱孔阵列和复杂手征形状孔阵列中等离子体近场增强效应的比较,得出了等离子体近场增强效应决定了探测灵敏度的结论。由于其形状的阵列的固有手性似乎不太重要。
2016-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Slow light enhanced correlated photon pair generation in photonic-crystal coupled-resonator optical waveguides
我们演示了硅光子晶体耦合谐振腔光波导中量子相关光子对的产生。利用高Q、小模体积的光子晶体腔的集体共振实现的慢光超模成功地提高了自发四波混频过程的效率。与无慢光效应的光子晶体线缺陷波导相比,光子对的产生率提高了两个数量级。
2013-04-03 physics.optics quant-ph
Theory of Multiple Scattering Enhanced Single Particle Plasmonic Sensing
增加从小颗粒散射的光的方法可以帮助提高许多传感技术的灵敏度。在这里,我们调查的作用多次散射起扰动的散射信号时,粒子被添加到一个随机散射环境。三个增强因子,参数化的影响,不同类别的多个散射轨迹的场扰动,引入和它们的平均振幅数值探讨的上下文中的表面等离子体极化激元散射。我们证明,存在一个最佳的散射体密度,在该密度下,灵敏度增强最大化,可实现的$10^2$的顺序上的因素。还研究了增强因子与散射体性质的关系。
2021-07-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear optical bistability in microring resonators for enhanced phase sensing
本文提出利用非线性自相位调制效应,在微环谐振器从单稳态到双稳态的临界点工作,以额外增益因子增强相位传感灵敏度,并通过实验在氮化硅谐振器上实现22倍增益。
2025-03-27 physics.app-ph physics.optics
Enhanced circular dichroism via slow-light in dispersive structured media
圆二色性(CD)被广泛用作测定对映体过量的手段。我们展示了如何在色散结构介质中的慢光现象允许减少所需的光路长度的一个数量级。相同的想法可用于增强CD测量的灵敏度,同时保持通过样品的相同光路长度。最后,灵敏度可以在频率范围内增强,其中由于对映异构体的适度手性响应,CD数据通常不可用。
2007-11-02 physics.ins-det physics.optics
Entanglement-Enhanced Optomechanical Sensing
本研究提出利用纠缠探针进行多光机械传感器联合力测量,在热噪声或散粒噪声主导区域分别提升带宽或灵敏度,灵敏度-带宽乘积较经典探针提高25%,为惯性导航等应用开辟新途径。
2022-10-28 physics.optics quant-ph
Exponentially enhanced sensing through non-reciprocal light propagation
通过非 reciprocal 光传播实现指数增强的传感,利用电光频率梳中的两个 HN 链实现高 SNR 的微小扰动检测。
2026-11-11 physics.optics quant-ph
Quantum-Enhanced Sensing from Hyper-Entanglement
超纠缠-两个或多个系统的多个自由度之间的同时纠缠-已被用于增强量子信息任务,如量子通信和光子量子计算。在这里,我们表明,超纠缠可以导致增加计量学的量子优势,从纠缠在每个自由度的贡献,允许海森堡标度的参数估计的精度。我们的实验采用光子对纠缠在偏振和空间自由度,以估计一个小的倾斜角的镜子。超过散粒噪声的精度极限通过偏振状态的简单二进制测量而饱和。这里考虑的动力学的广泛有效性意味着基于超纠缠的类似策略可以在各种各样的任务中提供改进。
2017-09-13 physics.optics quant-ph
Quadratic-soliton-enhanced mid-IR molecular sensing
本文利用中红外二次腔孤子的形成动力学增强分子传感,在4 μm波段对CO₂实现等效路径长度增强6000倍,并在高浓度下大幅超越等效高精细度线性腔的灵敏度。
2024-05-27 nlin.PS physics.optics
Enhanced widefield quantum sensing with nitrogen-vacancy ensembles using diamond nanopillar arrays
基于金刚石中的光学活性缺陷(如氮空位(NV)中心)的量子传感器代表了用于磁、电、温度和应变场的纳米级传感和成像的有前途的平台。增强对这些缺陷的光学接口是提高这些系统的测量灵敏度的关键。光子纳米结构通常用于单发射区,但它们对具有NV系综的宽场传感的适用性在很大程度上仍未被探索。在这里,我们制造和表征紧密堆积的金刚石纳米柱阵列,每个托管自己的密集,近表面合奏的NV中心。我们探索最佳几何形状的金刚石纳米柱托管NV合奏,并实现增强的自旋和光致发光特性,导致增加测量灵敏度(大于3倍)相比,未图案化的表面。利用增加的测量灵敏度,我们对阵列中每个纳米柱中的机械应力张量进行成像,并显示与未图案化的表面相比,制造过程对内置应力的影响可以忽略不计。我们的研究结果表明,金刚石表面的光子纳米结构是一种可行的策略,用于提高基于集成的宽场传感和成像的灵敏度。
2019-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Chiral Chaos Enhanced Sensing
本文提出利用耦合回音壁模式谐振器构建手性混沌器件,基于瑞利散射导致的时间反演对称破缺和 Lyapunov 指数量化手性,实现高灵敏、宽范围且鲁棒的片上传感。
2024-04-10 nlin.CD physics.optics quant-ph