Resonant Raman Scattering from Silicon Nanoparticles Enhanced by Magnetic Response
高折射率介电纳米粒子的光学响应的增强归因于它们的Mie型磁共振和电共振的激发。在这里，我们研究了晶体硅纳米粒子的拉曼散射，并揭示了磁偶极子模式有更强的散射比相同的顺序的电模式的影响。我们实验证明了140倍的增强拉曼信号从个别硅球形纳米粒子在磁偶极共振。我们的研究结果证实了亚波长介电纳米颗粒的光致磁响应对于增强光-物质相互作用的重要性。
2016-01-14 physics.optics
Observations of Spontaneous Raman Scattering in Silicon Slow-light Photonic Crystal Waveguides
报道了硅光子晶体波导中自发喇曼散射的观测结果。报道了在六角晶格光子晶体硅薄膜中的单线缺陷波导中，连续波测量斯托克斯辐射的波长和功率依赖性。通过利用类TM模的布拉格间隙边缘色散进行泵浦增强和类TE基模的斯托克斯增强，观察到斯托克斯辐射在慢群速度区域增加了5倍。结果表明，硅光子晶体慢光波导器件中存在明显的非线性增强效应。
2008-07-22 physics.optics
Coupled-mode theory for stimulated Raman scattering in high-Q/Vm silicon photonic band gap defect cavity lasers
我们证明了受激拉曼散射的动力学设计的高Q/Vm的硅光子带隙纳米腔通过耦合模理论框架对光泵硅激光。其他chi（3）效应，如双光子吸收和光学克尔，相关的自由载流子动力学，热效应，以及线性损耗，如腔辐射和线性材料吸收的相互作用，包括和数值研究。我们的结果澄清了机制的相对贡献和演变，并证明了激光和关闭阈值。我们的研究阐明了在单片硅高Q/Vm光子带隙缺陷腔中实现连续波和脉冲高效拉曼频率转换的条件。
2006-07-06 physics.optics
Stokes microcombs in silicon nitride microresonators
本文首次在正常色散氮化硅微环谐振腔中观测到斯托克斯微梳，揭示了克尔与拉曼非线性相互作用机制，实现了两种梳态的可控切换，并通过数值模型验证了拉曼诱导 platicon 形成，为新型光子器件奠定基础。
2025-11-07 physics.optics
Silicon Nitride Microresonator Raman Lasers
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
研究利用氮化硅微谐振器实现高效拉曼激光，通过优化光学模式与硅氧化物包层重叠，抑制非线性竞争效应，实现低阈值激光输出，并展示宽频调谐能力。
2025-06-14 physics.optics
Raman study of Fano interference in p-type doped silicon
随着硅行业不断推动器件尺寸的极限，拉曼光谱等工具是分析和表征掺杂硅通道的理想工具。在从红光（632.8 nm）到紫外（325 nm）的宽激发波长范围内，用拉曼光谱研究了重p型掺杂硅中价带间跃迁对带心光学声子的影响.在一个声子的拉曼线型的不对称性是由于Fano干涉涉及的重叠的连续的电子激发与离散的声子状态。我们确定了一个过渡以上和以下的一维临界点（E = 3.4 eV）在硅的电子激发光谱。的各向异性硅能带结构和渗透深度之间的关系进行了讨论，在可能的设备应用的上下文中。
2009-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mid-Infrared Soliton and Raman Frequency Comb Generation in Silicon Microrings
本文数值研究了连续泵浦硅微腔在中红外波段产生频率梳的机理。相干孤子梳的产生，甚至可以获得零线性腔失谐的泵，通过适当的控制多光子吸收的自由载流子的有效寿命，这引入了一个非线性腔失谐通过自由载流子色散。最佳倍频程跨越拉曼梳产生的条件也进行了说明。
2014-09-10 nlin.PS physics.optics
An Ultrahigh-Q Microresonator on 4H-silicon-carbide-on-insulator Platform for Multiple Harmonics, Cascaded Raman Lasing and Kerr Comb Generations
无论支撑材料平台如何，实现高品质（Q）谐振器一直是一个不断的追求，因为高Q谐振器提供了极端的光存储环境，使得能够以高效率观察许多非常规的非线性光学现象。在这里，我们展示了一个超高Q值（7.1*10^6）的微谐振器上的4 H-碳化硅绝缘体（4 H-SiCOI）平台，其中\c{hi}^( 2）和\c{hi}^( 3）的高效率的非线性过程已经产生。观察到宽带频率转换，包括二次、三次、四次谐波产生。据我们所知，在SiC微谐振器中首次证实了级联拉曼激光。使用色散工程SiC微谐振器实现了从1300到1700 nm的宽带克尔频率梳。我们的演示是SiC光子集成器件发展的一个重要里程碑。
2021-05-06 physics.optics
Self-imaging silicon Raman amplifier
提出了一种新型的波导光放大器。该装置由共线传播的泵浦和放大的斯托克斯光束与周期性成像的斯托克斯光束由于塔尔博特效应。讨论了该器件作为中波红外（MWIR）遥感图象放大器的应用，并描述了它的性能。硅材料由于其优良的透射特性、高热导率、高损伤阈值和成熟的制备技术而成为中波红外应用的首选材料。在这些装置中，拉曼放大过程还包括泵浦和斯托克斯信号的各种空间模式之间的四波混频。这种现象对于多模波导中的非线性相互作用是独特的，并且对最大可实现增益施加了限制，超过该限制，图像开始失真。图像失真的另一个来源是与泵浦具有最高重叠的斯托克斯模式的优先放大。这些效应引入了增益和图像质量之间的折衷。我们表明，这种权衡的一个可能的解决方案是限制泵到一个单一的高阶波导模式。
2006-11-29 physics.optics
Electronic Raman scattering in silicon glass
针对硅玻璃中无序诱导的光发射现象，本文提出其机制为电子拉曼散射，而非声子辅助间接跃迁，并揭示禁带内 Urbach 桥态与纳米限域光子动量匹配的关键作用。
2023-12-01 physics.optics
Enhancement of inherent Raman scattering in dielectric nanostructures with electric and magnetic Mie resonances
介电纳米结构中的共振增强拉曼散射最近被证明是发展纳米测温和实验测定其模式组成的有效工具。在本文中，我们开发了一个严格的分析理论的基础上的格林函数方法来计算的拉曼发射晶体高指数介电纳米粒子。作为一个例子，我们考虑硅纳米粒子，由于活跃的光学声子模式具有很强的拉曼响应。我们将拉曼信号发射的增强与纳米颗粒内部Mie模的激发引起的Purcell效应联系起来。我们还采用数值方法计算非弹性拉曼发射在更复杂的几何形状，这不允许一个简单的分析形式的格林函数描述。从硅纳米盘的拉曼响应进行了分析，在所提出的方法，并揭示了各种米氏模式的贡献。
2017-09-22 physics.optics
Extreme Value Statistics in Silicon Photonics
我们表明，拉曼放大脉冲的波动，在存在噪声的泵，遵循极值统计，并提供数学洞察这种令人困惑的行为的起源。
2008-08-31 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
Enhancement of molecular coherent anti-Stokes Raman scattering with silicon nano-antennas
表面增强相干反斯托克斯拉曼散射（SE-CARS）利用金属纳米结构上的表面等离子体共振来放大目标分子的相干拉曼响应。虽然这些金属天线在SE-CARS研究中取得了重大成功，但在超快激发下纳米天线的光致形态变化在稳定性和可再现性方面引入了重大障碍。这些障碍需要克服，以建立SE-CARS作为快速生物分子传感的可靠工具。在这里，我们通过执行分子CARS测量来解决这一挑战，该测量由具有更有利的热性能的高折射率介电颗粒制成的纳米天线增强。我们提出了第一个实验演示增强分子CARS信号观察Si纳米天线，它提供了更好的热稳定性相比，他们的金属同行。
2022-05-25 physics.chem-ph physics.optics
Hybrid Nonlinear Effects in Photonic Integrated Circuits
本研究利用两种材料的混合光学非线性，在熔融石英包层氮化硅微谐振腔中实现了拉曼散射与Kerr频率梳的联合产生，为集成光子器件的多功能化与高效非线性电路提供了新途径。
2025-05-02 physics.optics
Efficient Raman lasing and Raman-Kerr interaction in an integrated silicon carbide platform
本文在集成碳化硅平台首次实现效率超50%的拉曼激光，通过调谐微腔使斯托克斯共振对准增益谱，阈值低至2.5 mW，并展示拉曼-克尔相互作用拓宽微梳光谱。
2023-11-11 physics.app-ph physics.optics
Refractive index spectral dependence, Raman and transmission spectra of high-purity $^{28}$Si, $^{29}$Si, $^{30}$Si, and $^{nat}$Si single crystals
精确测量稳定硅同位素$^{28}$ Si、$^{29}$ Si、$^{30}$ Si单晶的折射率，其丰度大于99.9 at.%采用傅里叶变换干涉折射法对天然同位素组成的硅单晶$^{nat}$ Si进行了1.06至80 mkm以上的测量，$^{-1}$分辨率为0.1 cm，准确度为$2 \times 10^{-5} ... 1 \times 10^{-4}$。所有晶体中的氧和碳浓度均在$5 \times 10^{15}$ cm $^{-3}$范围内，金属杂质含量为$10^{-5} ... 10^{-6}$ at.%。给出了所有硅单晶声子吸收区折射率的奇特变化。给出了在整个测量范围内近似实验折射率值的广义柯西色散函数系数。研究了透射光谱和拉曼光谱。
2011-05-04 physics.optics
Extreme value statistics and the Pareto distribution in silicon photonics
L形概率分布是一种非常非高斯的分布，在描述极端事件发生的频率方面取得了惊人的成功，这些事件包括股市崩盘和自然灾害，生物系统的结构，分形和光学流氓波。在本文中，我们表明，在硅受激拉曼散射的波动，以及在相干反斯托克斯拉曼散射，可以遵循极值统计，并提供数学洞察这种行为的起源。作为实验观察的一个例子，我们发现16%的斯托克斯脉冲占泵浦能量转移的84%，这与描述社会经济学中重要观察的经验帕累托原理或80/20规则有着惊人的相似之处。
2008-09-15 physics.optics
Coherent electronic Raman excitation of valley-orbit split states of phosphorus dopants in silicon
Charles University（查理大学）；Czech Academy of Sciences（捷克科学院）；Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）
本研究通过相干光学激发实现了硅中磷受体谷-轨道分裂态的电子拉曼跃迁，并揭示了载流子密度对波包特性的影响及非共振激发条件下的跃迁机制。
2026-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Stimulated Brillouin scattering enhancement in silicon inverse opal waveguides
硅是片上应用的理想材料，然而其较差的声学特性限制了其在重要的光声应用中的性能，特别是对于受激布里渊散射（SBS）。我们从理论上表明，硅反蛋白石表现出强烈改善的声学性能，提高体SBS增益系数超过两个数量级。我们还设计了一个波导，采用硅反蛋白石，并具有SBS增益值与硫系玻璃波导。这项研究为片上材料系统中的光声应用开辟了新的方向。
2016-08-17 physics.optics
Stimulated Raman Scattering in Nonlinear Silicon Nanophotonic Waveguides: Theory and Applications in Photonic Integrated Circuits
本文综述受激拉曼散射的基本理论、在硅基光子集成电路中的应用与增强途径，并梳理近十年关键实验演示，以克服硅间接能带导致的高效光源难题。
2024-12-03 cs.SY eess.SP eess.SY
Nonlinear Inverse Synthesis for Optical Links with Distributed Raman Amplification
非线性傅立叶变换（NFT）和利用非线性信号频谱（离散和连续）的特征值通信，是一种很有前途的抗光纤非线性损伤的传输方法。然而，由于基于NFT的传输方法采用了无损非线性薛定谔方程（NLSE）的可积性，因此原始方法只能直接应用于具有理想分布式拉曼放大的光链路。在本文中，我们详细研究了非理想的拉曼增益分布对非线性逆合成（NIS）方案的性能的影响，在该方案中，传输的信息被直接编码到非线性信号频谱的连续部分上。考虑到拉曼增益的平均效应，提出了非理想拉曼增益分布光纤链路的无损路径平均（LPA）模型。我们表明，采用LPA模型的NIS方案可以提供3 dB的性能增益，而不管拉曼增益分布如何
2015-11-05 physics.optics
Monolithic Integrations of Slanted Silicon Nanostructures on 3D Microstructures and Their Application to Surface Enhanced Raman Spectroscopy
我们展示了黑硅与倾斜的纳米锥阵列上的平面和3D的微米和介观尺度的结构，通过高通量的光刻免费的斜角等离子体蚀刻工艺生产的制造。在同一块硅上产生了高度逐渐变化的纳米锥。实验研究了定向等离子体入射角与纳米锥倾斜角的关系。为了证明纳米结构在微米和介观尺度的非平面表面上的单片集成，在非平面硅表面上以各种形态（诸如硅原子力显微镜（AFM）尖端和金字塔坑）制造纳米锥森林。通过在反硅微金字塔阵列器件上集成纳米锥，我们进一步提高了这种优化的商业SERS基底的表面增强拉曼散射（SERS）增强性能，即使使用66%的贵金属涂层也是如此。我们研究了倾斜纳米锥在极化激发下的SERS效应的长度梯度依赖性和非对称性。这种多功能和角度可控的纳米锥制造和单片3D纳米-微米-介观集成方法为SERS和其他纳米光子传感器的生产和优化提供了新的维度。
2014-02-07 cond-mat.mes-hall physics.optics q-bio.BM
Competition between Raman and Kerr effects in microresonator comb generation
我们研究了晶体微谐振器中的拉曼和克尔增益的影响，并确定了产生锁模频率梳所需的条件。我们从理论上表明，强，窄带拉曼增益决定了最大的微谐振器尺寸允许实现梳形成。我们在金刚石和硅微谐振器中实验验证了这一条件，并表明拉曼和克尔效应之间存在竞争，导致存在两种不同的梳状态。
2017-05-04 physics.optics
Deep UV Silicon Polaritonic Metasurfaces for Enhancing Biomolecule Autofluorescence and Two-Dimensional Material Double-Resonance Raman Scattering
本文提出一种基于极化激元共振的稳健硅超表面，通过Kerker型空腔设计实现二维半导体双共振拉曼散射分析和生物分子自发荧光增强，为深紫外光谱学和纳米材料研究提供稳定可扩展的平台。
2025-01-01 physics.app-ph physics.optics
Realization of advanced passive silicon photonic devices with subwavelength-grating structures developed by efficient inverse design
实现超小型无源硅光子器件对于未来大规模光子集成系统的发展具有重要意义。虽然一些紧凑的硅光子器件已经被证明是通过使用反向设计，器件性能仍然不足以用于实际应用。在这里，我们提出并实现了几个代表性的超紧凑先进的无源硅光子器件与体面的性能，通过引入亚波长光栅（SWG）结构，我们的高效逆向设计方法开发。这些器件的设计是通过优化操纵多模激励和多模干涉在一个区域内定义的SWG结构。这些具有良好的特征尺寸均匀性的SWG结构比以前反向设计的光子器件中使用的那些随机纳米结构更易于制造。我们的逆设计方法的高效率是由于一种新的搜索空间维控制策略和有效的面向问题的电磁场求解器可用于SWG结构。具体地说，我们给出了6通道模（解）复用器、宽带90°混合器和两通道平顶波长解复用器的实现，这些都是以前报道的逆向设计方法难以实现的。这些设备表现出超紧凑的足迹，以及体面的性能相比，由经典理论开发的同行。
2022-12-02 physics.optics
To focus-match or not to focus-match inverse spatially offset Raman spectroscopy: a question of light penetration
在从取证到产品质量控制的应用中，不需要提取样品就能识别密封容器的内容物的能力是所期望的。一种适合于此的技术是逆空间偏移拉曼光谱（ISORS），其用环形光束照射感兴趣的样品并收集来自环中心的拉曼散射，从而在抑制来自容器的信号的同时检索内容物的化学特征。在这里，我们将详细探讨最近开发的ISORS变体（称为焦点匹配ISORS）的相对优势。在该变型中，利用环形光束和紧密聚焦的贝塞尔光束之间的傅立叶关系来将激发光聚焦在样品内，并匹配激发和收集光学器件的焦点，以增加来自内容物的信号，而不损害容器信号的抑制。使用一个灵活的实验装置，可以实现传统的和焦点匹配的ISORS，和蒙特卡罗模拟，我们阐明了两种技术的相对优势的样品和容器的光学性质的范围。
2021-12-16 physics.optics
Signature of a three-dimensional photonic band gap observed on silicon inverse woodpile photonic crystals
研究了CMOS兼容的三维硅反木堆光子晶体在近红外波段的反射率。偏振分辨反射率光谱从两个正交的晶体表面对应于1.88 π sr立体角。光谱揭示了具有高达67%的高反射率的宽峰，其与晶体上的空间位置无关。所有方向和偏振的光谱重叠的反射率峰形成了相对带宽高达16%的宽光子带隙的签名。这个签名支持与阻隙在平面波能带结构计算和预期的带隙的频率区域。
2011-05-20 physics.optics
Inverse-Designed Silicon Nitride Nanophotonics
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen（香港中文大学（深圳））；SPINS Photonics Inc（SPINS光子有限公司）
本文采用逆向设计方法在氮化硅平台上实现光子器件，并通过实验验证了波长和空间模式维度上的光操控，展示了高Q值谐振器及片上非线性与量子光学的潜力。
2025-05-19 physics.optics
Inverse Design of Nanoparticles for Enhanced Raman Scattering
我们表明，金属谐振器的拓扑优化（TO）可以导致$\sim 10^2\times$的表面增强拉曼散射（SERS）效率的改善相比，传统的谐振结构，如领结天线。TO逆向设计导致了与传统设计非常不同的令人惊讶的结构，其同时优化了入射波的聚焦和拉曼偶极子的发射。我们认为孤立的金属颗粒以及更复杂的配置，如周期性的表面或谐振器耦合到介质波导，和TO的好处是更大的在后一种情况下。我们的研究结果的动机最近严格的上限拉曼散射增强，并阐明在何种程度上，这些界限是可以实现的。
2019-11-19 physics.app-ph physics.optics
The role of the inverse Cherenkov effect in the formation of ultrashort Raman solitons in silica microspheres
本文理论证明二氧化硅微球回音壁模式中，正常色散连续波泵浦可通过拉曼放大和逆切伦科夫效应形成超短孤子，并可用弱连续波信号调控。
2024-10-04 nlin.PS physics.optics
Revealing Low-Radiative Modes of Nanoresonators with Internal Raman Scattering
揭示隐藏的非辐射（黑暗）的共振纳米结构使用光学方法，如暗场光谱往往成为一个复杂的问题，由于这些模式与远场辐射的弱耦合，而暗模式光谱的方法，例如阴极发光或弹性能量损失，并不总是方便使用。在这里，我们提出了一种方法，实验确定模式结构的纳米谐振器的基础上利用本征非相干拉曼散射。我们从理论上预测了这种方法的效率，并在实验上实现了具有520 cm^-1强拉曼线的硅纳米颗粒谐振器。用这种方法，我们研究了放置在金衬底上的硅纳米颗粒，并揭示了低辐射磁四极模的光谱位置，这是很难观察到与普通暗场光学光谱。
2019-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cavity-enhanced Raman emission from a single color center in a solid
我们证明了腔增强拉曼发射从一个单一的原子缺陷在固体中。我们的平台是一个单一的硅空位中心的钻石耦合与单片钻石光子晶体腔。该腔能够实现拉曼发射的前所未有的频率调谐范围（100 GHz），其显著超过金刚石纳米结构中硅空位中心的光谱不均匀性。我们还表明，腔选择性地抑制声子诱导的自发发射，降低拉曼光子产生的效率。我们的研究结果为纳米光子平台中固态量子发射体之间的光子介导的多体相互作用铺平了道路。
2018-08-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Raman Cooling of Solids through Photonic Density of States Engineering
固体振动态的激光冷却可以通过稀土元素的光致发光、光力学中的光学力和布里渊散射光-声相互作用来实现。通过自发拉曼散射的固体的净冷却和间接带隙半导体的激光制冷都仍然是未解决的挑战。在这里，我们分析表明，光子态密度（DoS）工程可以解决实现自发拉曼冷却的两个基本要求：抑制斯托克斯（加热）跃迁的主导地位，并提高反斯托克斯（冷却）效率超出材料的自然光吸收。我们开发了一个通用模型的DoS修改自发拉曼散射概率，并阐明了必要的和最低条件所需的实现净拉曼冷却。与一个适当的工程DoS，我们建立了诱人的可能性，本征硅的制冷通过湮灭声子从所有的拉曼活性模式同时，通过一个单一的电信波长泵。该结果指出了用于任何透明半导体（包括间接带隙半导体）的激光冷却的高度灵活的方法，远离显著的光学吸收、带边状态、激子或原子共振。
2015-07-31 physics.optics
Raman-enabled platicon microcomb in 4H-SiC microresonator
本研究利用4H-SiC微谐振器中的拉曼增益，在正常色散区生成高效率宽带platicon微梳，并借助Stokes孤子将光谱扩展至1800 nm以上。
2025-07-25 physics.optics
Inverse-Designed High-Q and Small-Mode-Volume Silicon Nitride Photonic Crystal Cavities for Second- and Third-Harmonic Generation
NTT Nanophotonics Center, NTT, Inc.（NTT公司纳米光子学中心）；Basic Research Laboratories, NTT, Inc.（NTT公司基础研究实验室）；International Center for Elementary Particle Physics, University of Tokyo（东京大学国际基本粒子物理中心）；Device Technology Laboratories, NTT, Inc.（NTT公司器件技术实验室）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
该研究通过逆设计优化二维氮化硅光子晶体腔，实现近化学计量比二维氮化硅光子晶体腔最高约80000的品质因数，从同一腔观测到二次与三次谐波产生，确立其为非线性光子学及异质集成光子器件的有前景平台。
2026-10-28 physics.optics
Inverse-designed Silicon Carbide Quantum and Nonlinear Photonics
针对逆向设计在非线性光子学应用有限的问题，研究团队通过逆向设计碳化硅法布里-珀罗腔，调控色散实现多阶非线性光产生与参量振荡，首次验证了计算优化在非线性光生成中的效用。
2023-03-30 physics.optics quant-ph
Integrated Silicon Nitride Devices via Inverse Design
针对氮化硅低折射率对比度限制器件紧凑性的问题，提出三种逆向设计的自由形态SiN器件，实现高达1200倍面积缩减且保持160nm最小特征尺寸，推动高密度集成与多维数据传输。
2025-07-16 physics.app-ph physics.optics
Engineered Raman Lasing in Photonic Integrated Chalcogenide Microresonators
硫系玻璃（ChG）由于其宽的透明性和高的非线性度，以及可以直接沉积在硅衬底上并形成图案的能力，是一种很有吸引力的集成非线性光子学材料。在非晶态材料中，它具有独特的拉曼效应。然而，在高品质和芯片集成ChG微谐振器的拉曼激光性能仍然是未开发的。在这里，我们展示了一个工程拉曼激光动态的基础上，国内开发的光子集成高Q值ChG微谐振器。在品质因数大于10^6的情况下，我们实现了集成平面光子平台中创纪录的低激光阈值3.25 mW。单模拉曼激光器和宽带拉曼克尔梳的观察和表征，这是依赖于我们的灵活的光子平台的色散和工程通过调整波导的几何尺寸。这种芯片级拉曼激光器的可调谐性也通过调谐泵浦波长和调谐芯片上的工作温度来证明。这允许在1615-1755 nm范围内的任意波长处获得单模激光。我们的研究结果可能有助于理解丰富的拉曼和克尔非线性相互作用的耗散和非线性微谐振器，并在应用方面，可能铺平了道路，芯片级高效拉曼激光器，这是非常需要在红外光谱应用。
2021-07-25 physics.optics
Integrated CARS Source based on Seeded Four-wave Mixing in Silicon Nitride
对基于氮化硅波导的相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）集成非线性光源进行了理论研究。利用种子四波混频，获得了波长可调谐、时间同步的信号光和闲频光脉冲。我们发现，所计算的输入泵浦功率所需的非线性波长产生是一个以上的数量级低于以前报道的方法基于光纤。波长转换的调谐范围被计算为1418 nm至1518 nm（闲频）和788 nm至857 nm（信号），其对应于从2350 cm $^{-1}$至2810 cm $^{-1}$的振动跃迁的覆盖。在峰值泵浦功率为300 W时，获得了19.1%的最大转换效率。
2013-12-09 physics.optics
Inverse design of Raman amplifier in frequency and distance domain using Convolutional Neural Networks
我们提出了一种卷积神经网络（CNN）结构的逆拉曼放大器的设计。该模型的目的是找到目标信号功率演变所需的泵浦功率和波长，无论是在沿光纤的距离和频率。使用所提出的框架，实现目标功率分布所需的泵配置的预测数值证明了在C波段考虑反向传播和双向泵浦方案具有高精度。对于100 km单模光纤的分布式喇曼放大器，采用2个和3个计数器以及4个双向传输泵浦，数值计算得到了最大测试误差的低均值集（0.51、0.54和0.64 dB）和标准差集（0.62、0.43和0.38 dB）。
2021-02-21 eess.IV eess.SP physics.app-ph
An Integrated Optical Circuit Architecture for Inverse-Designed Silicon Photonic Components
在这项工作中，我们展示了一个紧凑的工具包，逆向设计的拓扑优化的硅光子器件，以即插即用的方式排列，实现许多不同的光子集成电路，包括无源和有源，每个都具有很小的足迹。绝缘体上硅1550 nm工具包包含一个2x2 3dB分合器，一个2x2波导交叉和一个2x2全前向分插谐振器。利用热光效应、相变包层、自由载流子注入等技术，该谐振腔可以成为一个2 × 2的电光交叉开关。对于本工作中演示的十个电路中的每一个，光子器件工具包使紧凑的电路能够实现低插入损耗和低串扰。通过采用复杂的逆向设计方法，可以使每个单独器件的设计结构、形状和尺寸更加灵活，以更好地适应更大电路的架构。对于一个紧凑的架构，我们提出了一个统一的，并行的波导电路框架，其中的设备被设计成无缝地适应，从而实现低复杂度的电路设计。
2022-11-16 cs.ET physics.optics
Special polarization characteristic features of a three-dimensional terahertz photonic crystal with a silicon inverse diamond structure
用平面波展开法计算了点阵形状为空位正八面体的硅反金刚石结构的能带结构。理论上证实了在0.4THz附近存在完整的光子带隙。一般认为，三维光子晶体在垂直入射时，在高对称点的光子带隙（阻带、阻带）中不存在偏振各向异性。然而，实验证实反射波的偏振取向不同于入射波的偏振取向，[I $(X,Y)$ ]，其中$(X,Y)$是固定在光子晶体中的坐标系。通过在平面（001）上相对旋转样品，在X点的光子带隙（0.36 $-$ 0.44 THz）附近对入射波方向[001]进行了研究。当入射波的偏振方向为I（1，1）或I（1，$-$ 1）时，反射波的偏振方向平行于入射波的偏振方向。相反，当入射波为I（1，0）或I（0，$-$ 1）时，在0.38 THz附近，前者垂直于后者。对于本文所研究的光子晶体，入射偏振矢量的分解和合成方法在表面上不能适用于反射光谱旋转的分析。
2019-03-27 physics.optics
Optomechanical Raman-Ratio Thermometry
斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射之间的不对称性的温度依赖性可以用于自校准、基于光学的温度测量。在腔光学力学的背景下，我们观察到腔增强的光的散射与驻波鼓膜模式的氮化硅膜机械谐振器的相互作用。斯托克斯散射光与反斯托克斯散射光的振幅之比被用来测量光学冷却的机械模式的温度，直到几个振动量子的水平。我们证明，拉曼比技术是能够测量我们的设备的物理温度范围从低温延伸到室温的数量级内。
2014-06-27 physics.optics quant-ph
Phase-aware Inverse Design for Silicon Photonic Logic Gates
Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）；École de Technologie Supérieure (ÉTS)（高等技术学院）
提出一种物理驱动的逆向设计框架，在2×2微米平方区域内实现全部基本布尔逻辑门，通过复合品质因数控制干涉，实验验证了C波段性能，为紧凑集成光学计算提供可扩展方案。
2026-09-09 eess.SP physics.optics
Inverse-designed low-index-contrast structures on silicon photonics platform for vector-matrix multiplication
本文提出一种带低折射率对比约束的二维逆向设计方法，在硅光子平台上构建紧凑低谐振的非晶透镜系统，并实验验证了2×2、3×3及10×10矩阵的向量-矩阵乘法，为大规模波基模拟计算平台提供可行路径。
2023-02-01 physics.app-ph physics.optics
Inverse-designed photonics for semiconductor foundries
硅光子学正在成为光子学领域的领先技术，在长距离和数据中心内链路中取代传统光纤收发器，并实现固态LiDAR（光探测和测距）和光学机器学习等新应用。然而，由于传统半解析设计的组件的大尺寸和有限的性能，进一步提高硅光子器件的密度和性能一直具有挑战性。使用逆向设计的光子器件的自动优化是一条很有前途的前进道路，但到目前为止，在生产可以大规模可靠制造的设计方面面临着困难。在这里，我们实验证明了四个反向设计的设备-空间模式复用器，波长解复用器，50-50定向耦合器，和3路功率分配器-成功地在商业硅光子铸造。这些器件效率高，对制造可变性鲁棒，并且紧凑，占地面积仅为几微米。它们为逆向设计的广泛实际应用铺平了道路。
2020-01-13 physics.app-ph physics.optics
Inverse Design of Unitary Transmission Matrices in Silicon Photonic Coupled Waveguide Arrays using a Neural Adjoint Model
本文提出基于高速神经网络代理梯度优化的逆向设计方法，利用Sb₂Se₃相变开关预测硅耦合波导阵列的折射率扰动图案，在3×3器件中实现酉矩阵元素幅相控制，平均保真度达0.94。
2024-09-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Directional control of weakly localized Raman from a random network of fractal nanowires
无序光学介质是一类新兴的能够强烈散射光的材料。他们的研究与研究传输现象以及成像，传感和能量存储中的应用有关。虽然这种材料可以用于产生相干光，但它们的定向发射通常受到其非常多的散射性质的阻碍。在这里，我们调整的平面外的方向性的相干拉曼光散射的分形网络的硅纳米线。通过可视化的瑞利散射，光致发光和弱本地化拉曼光从随机网络的纳米线通过实空间显微镜和傅立叶成像，我们获得洞察的光传输机制负责材料的非弹性相干信号和其方向性。在这种纳米线网络中可视化和操纵定向相干光的可能性为无序介质中光传播的基础研究以及基于无序结构的下一代光学器件的开发开辟了场所，包括传感器，光源和光学开关。
2020-12-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.optics
