Active control of emission directionality of semiconductor microdisk lasers
我们演示了激光模式选择在近圆形半导体微盘通过塑造光泵的空间分布。自适应抽运抑制了除目标模式外的所有模式的激光输出，尽管存在很强的模式重叠。由于腔体形状和边界粗糙度的轻微变形，每个激光模式具有不同的发射模式。通过选择不同的模式作为主激射模式，可以实现激射频率和输出方向的切换。在激光器制造之后通过外部泵浦的这种可调谐性增强了半导体微腔激光器的功能。
2014-04-27 physics.optics
Demonstration of an erbium doped microdisk laser on a silicon chip
利用硅基片上的$\mathrm{SiO_{2}}$微盘谐振器实现了掺铒微激光器。无源微盘谐振器表现出回音壁型（WGM）模式，具有高达$6\times{10^{7}}$的固有光学品质因子，并且使用MeV离子注入掺杂有三价铒离子（峰值浓度$\mathrm{\sim3.8\times{10^{20}cm^{-3})}}$）。通过使用锥形光纤实现了与微盘谐振器的基波WGM的耦合。在1450 nm处泵浦$^{4}% I_{15/2}\longrightarrow$ $^{4}I_{13/2}$铒跃迁时，在1550 nm波段观察到从自发发射到受激发射的逐渐跃迁。泵浦输出功率关系的分析产生43 $\mathrmμ$ W的泵浦阈值，并允许测量自发发射耦合因子：$β\approx1\times10^{-3}$。
2006-08-27 physics.optics
Inversed Vernier effect based single-mode laser emission in coupled microdisks
近年来，片上单模激光器因其广泛的应用而引起了人们的广泛关注。耦合微盘或微环中的单模激光现象大多数已被定性地解释为游标效应或逆游标效应，但没有一个得到实验证实。在这里，我们研究了耦合微盘的单模操作机制。我们发现，在从阈值到增益饱和的大泵浦功率范围内，模式数已显着减少到接近单模。详细的激光光谱表明，最大增益和第一激射峰主要由一个圆盘产生，激光强度与频率失谐量成正比。相应的理论分析表明，实验观测结果主要是由一个腔体内的内部耦合决定的，这与最近探索的两个耦合微环中的逆游标效应相似。我们相信，我们的发现将是重要的理解以前的实验结果和片上单模激光器的发展。
2015-04-14 physics.optics
Terahertz beat freuquency generation from two-mode lasing operation of coupled microdisk laser
我们提出了一个耦合微盘激光器作为一个紧凑的和可调谐的激光源产生的相干连续波太赫兹辐射的光混频。利用考虑激活介质非线性效应的薛定谔-布洛赫模型，我们得到了单模和双模激光随泵浦强度的变化规律。我们用共振模来解释激光模的跃迁，共振模是没有激活介质和非线性相互作用的薛定谔-布洛赫模型的解。特别是，一个两个模式的激光产生太赫兹振荡频率起源于两个几乎退化的谐振模式具有不同的对称性的光拍。
2012-07-05 physics.optics
Optical feedback and the coupling problem in semiconductor microdisk lasers
发光微腔的尺寸越小，理解腔边界对光学模式分布的影响就变得越重要。传统的激光物理方法，如近轴近似，在这里讨论的许多更奇特的腔设计中变得不适用。微盘、柱和环形状的腔可以在各种各样的增益介质中产生低的激光阈值：量子阱、线甚至点，以及量子级联超晶格和GAN。概述的实验和理论状态，特别强调光提取问题。
2002-03-20 physics.optics
Fabrication of three-dimensional microdisk resonators in calcium fluoride by femtosecond laser micromachining
我们报道了利用水辅助飞秒激光微加工技术在芯片上制作氟化钙（CaF2）微盘谐振器。聚焦离子束（FIB）铣削用于产生超光滑侧壁。在1550 nm附近测得所制造的微谐振器的品质（Q）因子为4.2 × 10^4。的Q因子主要是有限的从磁盘的粗糙度仍然很高，由于飞秒激光微加工过程的底部表面的散射。该技术有利于在各种体晶材料上形成片上微谐振器，这可以有益于广泛的应用，例如非线性光学、量子光学和光子器件的芯片级集成。
2014-01-13 physics.optics
On-Chip Integrated Quantum-Dot Silicon-Nitride Microdisk Lasers
在直径为7μm的无源SiN输出波导上实现了SiN-QD混合微激光器，并获得了27 μ Jcm-2的低阈值密度。从SiN/QD/SiN堆叠开始的新设计和独特的加工方案提供了长期稳定性，并有助于深入激光表征。这种方法为光通信、芯片实验室、气体传感以及潜在的片上腔量子电动力学和量子光学开辟了新的途径。
2019-01-18 physics.optics
Directional waveguide coupling from a wavelength-scale deformed microdisk laser
我们展示了从波长尺度变形的微盘到波导的激光发射的单向倏逝波耦合。这是由于古斯-汉兴位移和菲涅耳滤波效应导致顺时针（CW）和逆时针（CCW）传播的射线轨道的空间分离。通过将波导切向地放置在腔边界的不同位置处，我们可以选择性地将CW（CCW）波耦合出，将CCW（CW）波留在腔内，这也减少了空间烧孔效应。利用全波模拟工具对器件的几何结构进行了优化，并从实验上证实了激光行为和定向耦合。
2011-10-14 physics.optics
Pump-Controlled Modal Interactions in Microdisk Lasers
我们证明了一个有效的控制激光模式的非线性相互作用的半导体微盘腔通过塑造泵的轮廓。通过增加它们的激光阈值或抑制它们的功率斜率高于激光阈值，以牺牲其竞争模式为代价来选择目标模式。尽管在磁盘边界的激光模式的强烈的空间重叠，自适应泵浦使任何激光模式的有效选择是占主导地位的，导致激光频率的开关。理论分析说明了选择性泵浦的线性和非线性效应，并量化了它们对激光模式选择的贡献。研究表明，自适应抽运不仅为多模激光器的非线性过程控制提供了一个强有力的工具，而且还可以在激光器制成后对激光特性进行调谐。
2014-12-29 physics.optics
The combination of directional outputs and single-mode operation in circular microdisk with broken PT symmetry
单色性和方向性是激光器的两个关键特性。然而，定向发射和单模操作的组合是相当具有挑战性的，特别是对于片上器件。在这里，我们提出了一个微盘激光器与单模操作和定向发射利用最近的发展与宇称时间（PT）对称性。这是通过将一维周期性增益和损耗引入到圆形微盘中来实现的，这引起了具有不同径向数的回音壁模式之间的耦合。在初始波长差最小的位置处选择最低阈值模式。利用增益区和损耗区的周期性分布引入额外的光栅矢量，形成定向辐射。我们相信这项研究将影响片上微盘激光器的实际应用。
2015-05-18 physics.optics
Suspended single mode microdisk lasers
微型半导体激光器由于其作为光子电路或传感器中的高度集成元件的潜力而吸引了大量的兴趣。特别是，微盘激光器利用回音壁模式已被视为一个重要的候选人，因为他们相对较小的足迹和低阈值。然而，它一直是具有挑战性的微盘工作在单模操作和激光在一个预选模式。我们报告的亚波长微盘谐振器悬浮在空气中连接桥梁，并提出了一个简单的方法，利用桥梁的数量和对称性，以提高或减少回音壁腔中的波限制。此外，与没有桥的微盘谐振器相比，桥的适当选择增加了微盘的品质因数。使用这种方法，我们演示了电信波长处预选模式的单模激光。
2018-10-29 physics.app-ph physics.optics
A full free spectral range tuning of p-i-n doped Gallium Nitride microdisk cavity
通过在去离子水中用紫外激光（380 nm）照射p-i-n掺杂GaN微盘腔，成功地证明了在一个自由光谱范围内嵌入InGaN量子点的p-i-n掺杂GaN微盘腔的回音壁模式（WGM）的有效、永久调谐。对于150和960 nW之间的入射激光功率，调谐速率线性变化。蚀刻的腔的顶面提出的驱动力所观察到的移位WGM，并支持实验。GAN/InGaN微盘腔的调谐是确定性地实现研究腔量子电动力学的新型纳米光子器件的重要一步。
2012-06-23 physics.optics
On-chip erbium-doped lithium niobate microdisk lasers
采用紫外光曝光、电感耦合等离子体反应离子刻蚀和化学机械抛光工艺，批量制备了掺铒钛酸锂高Q微盘腔。在974 nm窄带激光泵浦下，在掺铒锂氧化物微盘腔中获得了1531.6 nm的受激发射，阈值可达400 μW，转换效率为3.1{ \times }10^{-4} %，为LNOI集成光源的研究奠定了基础。
2020-10-08 physics.app-ph physics.optics
Low threshold, room-temperature microdisk lasers in the blue spectral range
微腔谐振器内的InGaN基有源层提供了在蓝色光谱范围内的低阈值激光器的潜力。在这里，我们展示了光泵，室温下激光在高品质因数GAN微盘腔含有InGaN量子点（QD）的阈值低至0.28 mJ/cm 2。这项工作，第一次演示的激光作用，从GAN微盘腔与量子点在有源层，提供了一个关键的一步，实现低阈值的量子点和光学腔之间的有效耦合的光子器件的氮化物。
2012-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A thulium-silicon hybrid microdisk laser
硅光子技术通过利用几十年来为集成硅电子器件开发的材料和先进制造方法，实现了紧凑，低功耗和成本效益的芯片上光学微系统。硅代工厂现在提供高性能光学电路所需的许多标准构建模块，包括光波导、滤波器和多路复用器等无源元件以及高速调制器、开关和光电探测器等有源光电元件。然而，由于硅是一种较差的发光材料，因此片上光源仍然是代工产品的重大挑战。目前的光源集成方法被认为是复杂的，需要不兼容和/或昂贵的材料和处理步骤。在这里，我们报告了一个超紧凑的硅光子激光器组成的铥-硅混合微盘谐振器。微盘的设计是简单的，并与所有硅光子铸造厂可用的制造步骤和器件尺寸兼容，而增益介质是在后端（最后一步），室温溅射沉积中添加的。这种方法允许低成本和大批量的晶圆级制造以及光源与硅无源和有源器件的共集成，而不需要对标准工艺流程进行调整。混合激光器在1.6 μ m左右的标准电信波长下泵浦，发射约1.9 μ m，这是一个新兴的光谱区域，对通信，非线性和量子光学以及硅上的传感非常感兴趣。
2021-04-21 physics.optics
Symmetry, degeneracy and optical confinement of modes in coupled microdisk resonators and photonic crystal cavities
基于Muller围道积分方程和三角-三角Galerkin离散技术，提出了一种快速、高精度的方法，用于回音壁（WG）模式微盘谐振腔和光子晶体（PC）缺陷腔的光谱设计和微调。结果表明，结构的对称性对耦合腔群中自然模的简并度和近简并度以及模的光限制有显著的影响。通过利用分子几何的对称性和调节腔间耦合距离，设计出了具有极大提高的品质因数的光子分子。光谱工程耦合谐振腔结构的低阈值微盘激光器，光学生物传感器，和随机粉末激光器的潜在应用进行了讨论。
2005-09-23 physics.optics
On-Chip Neodymium-Doped Lithium Niobate Microdisk Laser with Self-Induced Pulsing
Shandong University（山东大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本文报道了首个片上掺钕LNOI微盘激光器，实现了1094.17nm激光发射，展示了低阈值和高斜率效率，并观察到自诱导脉冲现象，拓展了LNOI激光器的操作自由度。
2026-04-24 physics.optics
Q-factor and emission pattern control of the WG modes in notched microdisk resonators
采用二维边界积分方程法分析了带切口的圆盘谐振器。所获得的结果提供了准确的描述的光学模式，从其他数值技术的阶梯和离散化误差。演示了双简并回音壁（WG）模式的分裂和定向光输出。的凹口深度和宽度上的谐振波长，Q-因子，和发射模式的效果进行了研究。进一步改善的方向性表现在一个椭圆形的缺口微盘。讨论了陷波谐振腔在微盘激光器、振荡器和生物传感器设计中的应用。
2005-09-23 physics.optics
Dark-field imaging as a non-invasive method for characterization of whispering gallery modes in microdisk cavities
利用暗场成像和光谱技术研究了激光直写制作的回音壁模式微盘腔。暗场成像允许我们直接可视化回音壁模式的空间强度分布。我们从暗场图像中提取了它们的方位和径向模指数，并从色散关系中找到了轴向模数。在共焦布置中获得的散射光谱提供关于谐振器中的光学状态的密度的信息。该技术是一种简单的非侵入性的方法来表征微盘腔的光学特性。
2016-01-08 physics.optics
Erbium-ytterbium co-doped lithium niobate single-mode microdisk laser with an ultralow threshold of 1 uW
本文在铒镱共掺薄膜铌酸锂上制备高Q微盘，利用高增益、低损耗及多边形模式抑制多模，实现1530纳米单模激光，阈值低至1微瓦，转换效率达0.406%，均为同类最优。
2023-09-19 physics.app-ph physics.optics
Monolithic integration of a high-quality factor lithium niobate microresonator with a free-standing membrane waveguide using femtosecond laser assisted ion beam writing (FLAIBW)
我们展示了一个高品质因数的锂酸盐微盘谐振器与一个独立的薄膜波导集成。我们的技术是基于飞秒激光直写产生的预结构，然后通过聚焦离子束铣削，降低了制造的结构的侧壁的表面粗糙度到纳米级。实现了集成波导与微盘之间的高效光耦合，测得微谐振器的品质因数高达1.67* 10 ^5。
2017-01-19 physics.optics
Visible Brillouin-quadratic microlaser in a high-Q thin-film lithium niobate microdisk
本文通过色散工程在高Q值TFLN微盘中实现片上可见布里渊–二次微激光器，获得254 Hz线宽、1.81 mW阈值及780 nm高效SHG。
2025-06-10 physics.optics
Enhanced GeSn Microdisk Lasers Directly Released on Si
GeSn合金是互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的可调谐激光器的有前途的候选者。外延GeSn中残余压应变的弛豫最近显示出改善激光性能的希望。然而，迄今为止引入的用于放松应变的悬置器件配置注定会限制热耗散，从而阻碍器件性能。在这里，我们证明了无应变GeSn微盘激光器设备完全释放在Si上优于典型的悬浮设备。这种方法允许同时放松极限压缩应变，同时提供优异的热传导。光学模拟证实，尽管GeSn和Si之间的折射率对比相对较小，但Si上的无应变GeSn光学腔中的光学约束优于悬浮在空气中的常规无应变GeSn腔中的光学约束。此外，热模拟表明，我们的设备中的温度增加可以忽略不计。相反地，在所采用的光泵浦条件下，悬挂装置中的温度显著增加，在75 K的基础温度下达到例如120 K。这样的改进使工作温度提高了~40 K，并使激光阈值降低了30%。这种方法奠定了基础，以实现新的设计，在寻求室温锗锡激光器的硅。
2021-06-16 physics.app-ph physics.optics
Cavity Q, mode volume, and lasing threshold in small diameter AlGaAs microdisks with embedded quantum dots
研究了嵌入量子点的微盘腔的品质因数、模体积和室温激光阈值。微盘内驻波模式的有限元方法模拟显示，Veff可以小到2（λ/n）^3，同时保持辐射限制的Qs超过10^5。直径D=2微米的微盘在含有单层InAs QD的AlGaAs材料中制造，其峰值发射在λ = 1317 nm处。对于Veff ~2（λ/n）^3的器件，使用光纤锥形波导在1.4微米波段被动测量的Qs高达1.2 × 10^5。光泵浦产生1.3微米波段的激光发射，室温下，连续波阈值低至1微瓦的吸收泵浦功率。输出耦合的激光发射也被证明是通过使用光纤锥显着增强，与激光差分效率高达xi~16%和输出耦合效率超过28%。
2005-11-17 physics.optics quant-ph
Reduced lasing thresholds in GeSn microdisk cavities with defect management of the optically active region
GeSn合金被认为是最有前途的材料，以建立在硅（Si）上的IV族激光源，在一个完全互补的金属氧化物半导体兼容的方法。最近的GeSn激光器发展依赖于通过增加在Si上的锗（Ge）虚拟衬底（VS）上生长的厚GeSn层中的Sn含量来增加能带结构直接性。然而，这些激光器缺乏缺陷管理并且具有高阈值密度。本文研究了锡含量为7%~ 10.5%的GeSn合金的激光特性。GeSn层被图案化成具有4- \SI{8 }{\micro\meter}范围内的不同直径的悬浮微盘腔。我们证明了直接带隙的GeSn与7 \%的Sn和激光在2- \SI{2.3 }{\micro\meter}波长下的光注入与可重复的激光阈值约\SI{10 }{\kilo\watt\per\square\centi\meter}，降低了一个数量级的文献相比。这些结果是在去除GeSn微盘腔的有源区中的失配位错的密集阵列之后获得的。研究结果为今后的GeSn基激光光源设计提供了新的思路。
2020-12-21 physics.app-ph physics.optics
Integrated multi-color Raman microlasers with ultra-low pump levels in single high-Q lithium niobate microdisks
本研究利用色散工程在单高Q薄膜铌酸锂微盘中实现超低泵浦的集成多色拉曼微激光器，泵浦阈值较现有体谐振器记录低两个数量级以上，可应用于光谱、显微分析及生物检测领域。
2023-12-16 physics.optics
Tunable single-mode laser on thin film lithium niobate
绝缘体上掺铒锂氧化物激光器（LNOI）在完整的光子集成电路（PIC）中起着重要的作用。在这里，我们展示了一个集成的可调谐耳语厨房单模激光器（WGSML），利用一对耦合的微盘和microwave的LNOI。974 nm单模泵浦光在所设计的微盘中可以产生良好的谐振，有利于产生耳语廊模激光。在1560.40 nm处获得了最大边模抑制比为31.4 dB的WGSML。通过调节温度，WGSMLs的输出功率得到提高，中心波长可从1560.30 nm变化到1560.40 nm。通过改变微盘与微片之间的耦合间隙宽度，获得了1560.60 nm和1565.00 nm波长的WGSMLs。在进一步的研究中，我们还可以利用LNOI的电光效应来获得更精确的可调WGSMLs。
2021-08-29 physics.app-ph physics.optics
Strain-relaxed GeSn-on-Insulator (GeSnOI) microdisks
GeSn合金为CMOS兼容光源和电子-光子集成电路的实现提供了一条有前途的途径。提高GeSn激光器的激光性能的一个策略是使用高Sn含量，这提高了直接性。另一种流行的方法是使用低到中等的Sn含量，具有压缩应变松弛或拉伸应变工程，但是这些应变工程技术通常需要光学腔悬浮在空气中，这导致差的热管理。在这项工作中，我们开发了一种新型的双绝缘体GeSn-绝缘体（GeSnOI）材料平台，用于生产应变弛豫GeSn微盘贴在衬底上。通过底切仅一个绝缘层（即，Al 2 O3），我们制造的微盘坐在SiO2上，它达到了三个关键性能的高性能GeSn激光器：有害的压缩应变，体面的热管理，以及良好的光学限制。我们相信，在我们的平台上增加GeSn层的Sn含量可以实现改善的激光性能。
2021-08-03 physics.app-ph physics.optics
A Subwavelength-Laser-Driven Transmitting Optical Nanoantenna for Wireless Communications
纳米天线是表现出大的受限电场增强的有效器件。迄今为止，人们对它的研究主要集中在接收模式上，这意味着照明场本质上是一个平面波。在本文中，我们考虑的问题，设计一个有效的和高度定向的发射纳米天线系统是由非平面波场，亚波长激光激发。包括短波长组件使我们能够实现200 nm的光斑半径，这是其入射波长（800 nm）的四分之一。近场和远场天线数量的介绍和计算使用一个有效的全波多物理场求解器。一个纳米尺度的光学天线，然后提出了优化的尺寸和材料设置。还讨论了各种设计曲线和见解，如如何定义效率和确定系统是否正确辐射的问题。
2019-11-29 physics.optics
Great enhancement of strong-field ionization in femtosecond-laser subwavelength-structured fused silica
利用波长简并泵浦探测光谱技术研究了飞秒激光亚波长结构熔石英中强场电离的超快动力学过程。对比光谱表明，飞秒激光亚波长结构化总是引起强场电离和三阶非线性光学效应的显著增强，这是飞秒激光高激发表面亚波长孔中强场局部增强的直接证据。总之，研究表明飞秒激光烧蚀纳米晶时，强场电离的亚波长空间效应非常显著，这在很大程度上促成了著名的“孵化效应”。
2018-12-30 physics.app-ph physics.optics
Accumulation and control of spin waves in magnonic dielectric microresonators by a comb of ultrashort laser pulses
磁微谐振器中的自旋波是现代磁振子学的核心。在这里，我们展示了一种新的方法，可调谐的激励不同的自旋波模式的磁性微盘通过使用训练的激光脉冲的重复率高于自旋进动的衰减率。微盘被蚀刻在透明的铋铁石榴石薄膜中，光脉冲通过逆法拉第效应对自旋产生非热影响。10 GHz的激光激励的高重复率在频域和动量域中建立了自旋波共振之间的相互作用。结果，聚焦的激光光斑在盘边界附近的扫描改变了磁振子的干涉图案，并导致自旋波振幅对外部磁场的共振依赖。除此之外，我们还通过改变外加磁场实现了体自旋波和表面自旋波的转换。
2022-01-18 physics.optics
Distinctive Signature of Indium Gallium Nitride Quantum Dot Lasing in Microdisks Cavities
在紧凑、高质量的光学腔中实现的低阈值激光器使各种纳米光子学应用成为可能。含有氮化铟镓（InGaN）量子点和量子阱的氮化镓（GAN）材料为研究光物质相互作用和实现高效发光二极管和纳米激光器等实用器件提供了出色的平台。尽管在InGaN量子点的生长和表征方面取得了进展，但它们作为低阈值激光器中的增益介质的优势尚未得到明确证明。这项工作旨在更好地理解这些限制的原因，通过专注于更简单的，有限模式的微盘腔，并通过在这些腔中使用不同的增益介质，包括InGaN量子阱，碎片量子阱，和碎片量子阱与量子点的组合进行激光动力学的比较。对于每种增益介质，我们利用腔的独特的高质量（Q~5500）模式，以及作为泵浦功率的函数的最高强度模式的变化来更好地理解主导辐射过程。阈值功率和激射波长随增益介质的变化有助于我们确定量子点激活介质对低阈值激射的可能限制。此外，我们已经确定了一个独特的激光签名的量子点材料，始终激光波长短于室温增益发射的峰值。这些发现不仅提供了更好的理解激光在氮化物基量子点腔系统，但也揭示了更基本的问题，轻物质耦合在这样的系统。
2014-07-28 physics.optics
An on-chip tunable micro-disk laser fabricated on Er3+ doped lithium niobate on insulator (LNOI)
本文报道了一种C波段波长可调谐的微激光器，它采用掺Er ~（3+）的高质量（~ 1.02 × 10^6）掺铒锂微盘谐振腔。在976 nm连续泵浦下，室温下泵浦阈值功率低至250 μW时，可观察到激光振荡现象。此外，通过改变泵浦功率，可以实现对激光波长的调谐，在低泵浦功率13 mW以下时，调谐效率为-17.03 pm/mW，在高泵浦功率13 mW以上时，调谐效率为10.58 pm/mW。
2020-09-18 physics.app-ph physics.optics
Cascaded multi-phonon stimulated Raman scattering near second-harmonic-generation in thin-film lithium niobate microdisk
本文在X切薄膜铌酸锂微盘中实现了二次谐波附近的级联多声子受激拉曼散射，通过改变泵浦波长精细调谐拉曼光谱线，并验证了WGM微谐振腔作为有效光学上转换波长转换器的潜力。
2024-06-26 physics.optics
Electro-optically tunable low phase-noise microwave synthesizer in an active lithium niobate microdisk
具有实时频率调谐的基于光子的低相位噪声微波产生对于包括下一代无线通信、雷达、计量和现代仪器在内的广泛学科至关重要。在这里，第一次尽我们所知，窄带宽的双波长微激光器产生的近简并的多边形模式在高Q值的活性锂微晶片。利用锥形光纤对回音壁微盘谐振器进行弱微扰，实现了具有独立可控谐振波长和自由光谱范围的高Q多边形模的形成。稳定的拍频信号证实了在可调谐激光器中实现的低相位噪声。由于两个近简并的激光模之间以及两个激光模与泵浦模之间的高空间重叠因子，抑制了两个模式之间的增益竞争，从而导致稳定的双波长激光产生，进而导致低噪声微波源。测得的微波信号的线宽为~6.87 kHz，相位噪声为~-123 dBc/Hz，电光调谐效率为-1.66 MHz/V。
2022-09-22 physics.app-ph physics.optics
Subwavelength Raman Laser Driven by Quasi Bound State in the Continuum
针对纳米级拉曼激光器研发难题，本研究基于支持quasi-BIC的磷化镓纳米圆柱谐振器，设计出可见光波段全亚波长拉曼激光器，实现低至约21mW的激射阈值，是首个全尺寸小于工作波长的低阈值拉曼纳米激光器原型。
2023-07-20 physics.optics
Free-space-coupled wavelength-scale disk resonators
具有低品质因数（$Q$）的光学微谐振器可以被自由传播的光波有效地激发并散射，但是具有高$Q$的光学微谐振器通常不能。在这里，我们提出了一个通用的模型谐振器与自由传播的波相互作用，并表明存储的能量的谐振器激发的平面波是成比例的产品的$Q$和方向性。在这个结果的指导下，我们设计了一种在其圆周上具有周期性突起的微盘，该微盘有效地耦合到垂直入射的平面波。我们通过实验演示了几种微盘设计，包括半径为$0.75{λ_0}$和半径为15，000的$Q$。我们的观察热致双稳态在这个谐振器在输入功率低至0.7 mW确认强激发。他们的小足迹和模式体积和简单的激发和制造，使波长尺度，自由空间耦合微盘有吸引力的传感，增强发射和非线性，并作为微激光腔。
2022-04-12 physics.optics
Field enhancement of intense laser pulses in a subwavelength plasma aperture
Shaoxing University（绍兴大学）
本研究通过三维粒子模拟证实强激光脉冲在亚波长等离子体孔径中可实现非共振的显著场增强，揭示其能量集中源于入射场与背向散射纵向场的干涉，为极端强度下的等离子体光学器件应用提供了可能。
2025-10-30 physics.optics physics.plasm-ph
Deep Subwavelength Plasmonic Lasers
激光科学已经解决了物理限制，以实现更高功率，更快和更小的光源。寻求能够在纳米尺度上直接产生相干光场的超紧凑激光器，远远超过光的衍射极限，仍然是一个关键的基本挑战。基于光子晶体、微盘、金属包覆腔和纳米线的显微激光器现在可以达到衍射极限，这限制了光学模式尺寸和物理器件尺寸都大于半个波长。虽然表面等离子体激元能够紧密地定位光，但光频率处的欧姆损耗抑制了真正纳米尺度激光器的实现。最近的理论已经提出了一种通过使用混合等离子体激元波导来显著减少等离子体激元损耗同时保持超小模式的方法。使用这种方法，我们报告了一个实验演示的纳米级等离子体激元激光器产生的光学模式小于100倍的衍射极限，利用高增益硫化镉半导体纳米线顶部的银表面由5 nm厚的绝缘间隙分开。发射寿命的直接测量揭示了宽带增强的纳米线的自发发射率高达6倍，由于强模式约束和签名的明显的阈值激光。由于等离子体激元模式没有截止，我们展示了器件和光学模式的横向尺寸的缩小。随着这些光学相干源接近分子和电子长度尺度，等离子体激元激光器提供了探索光与物质之间极端相互作用的可能性，为有源光子电路，生物传感和量子信息技术开辟了新的途径。
2009-06-25 physics.optics
Photonic quantum ring laser
我们报道了一种在垂直腔型有源微盘平面上自然形成的量子环形腔，这种环形腔是由回音壁模式的瑞利带引起的。的$\sqrt{T}$依赖的红移和微安范围的阈值电流下降到2 $μ$ A的平方律属性是一致的光子量子线的观点，由于回音壁模式诱导的维数减少。
1998-12-20 physics.optics
Low-threshold whispering-gallery-mode microlasers fabricated in a Nd: glass substrate by three-dimensional femtosecond laser micromachining
我们报道了利用飞秒激光三维微加工技术在钕玻璃芯片上制作回音壁模式微激光器。主要的制造过程包括通过飞秒激光烧蚀浸在水中的玻璃基板，然后通过CO2激光退火使表面平滑，由薄柱支撑的独立式微盘的制造。在室温下，用工作波长为780 nm的连续激光二极管泵浦，在低至69 μW的泵浦阈值下观察到激光输出。该技术允许在各种介电材料如玻璃和晶体中制造高品质因数的微腔。
2013-03-04 physics.optics
Subwavelength Nanopatch Cavities for Semiconductor Plasmon Lasers
我们提出并分析了一个家庭的电泵浦表面发射半导体激光器，使用表面等离子体激元提供光学模式限制在100-300 nm范围内的尺寸腔的纳米级腔。所提出的激光腔在许多方面是通常在微波/RF频率下使用的微贴片天线的纳米级光学版本。表面等离子体不仅用于模式限制，而且用于输出光束整形，以实现单瓣远场辐射图案与窄束腰从亚波长尺寸的腔。我们确定的腔模式具有最大的品质因数和模式增益，并表明，在近红外波长范围（1.0-1.6微米）腔损失（包括表面等离子体损耗）可以补偿由表面等离子体本身提供的增益区域中的强模式限制和所需的材料阈值增益值可以小于700 1/cm。
2007-12-09 physics.comp-ph physics.optics
Visible Photoluminescence from Cubic (3C) Silicon Carbide Microdisks Coupled to High Quality Whispering Gallery Modes
我们提出了立方（3C）碳化硅微盘谐振器的设计，制造和表征具有高品质因数模式在可见光和近红外波长（600 - 950 nm）。利用激光扫描共聚焦显微镜在室温下测量了品质因数高达2,300的回音壁模式和相应的模式体积V ~ 2（λ/n）^3。我们得到了良好的对应关系的横磁（TM）和横电（TE）极化共振使用时域有限差分法（FDTD）模拟和实验中观察到的。这些基于3C-SiC谐振器中光学活性杂质的集合体的结构可以在非线性和量子光子学的各种应用中发挥重要作用，包括低功率光开关和量子存储器。
2014-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Steady-state ab-initio laser theory for lasers with fully or nearly degenerate resonator modes
我们调查的范围内的有效性最近发展的稳态从头计算激光理论（SALT）。虽然在描述各种微激光器时非常有效，但SALT通常被认为不适用于以高于激射阈值的谐振器模式的完全或接近退化对为特征的激光器。在这里，我们展示了如何SALT确实可以扩展到描述这样的情况下，以及，我们显着拓宽理论的范围的效果。特别是，我们展示了如何使用SALT结合线性稳定性分析，以获得稳定的单模激光的解决方案，涉及一个简并模式对。我们的灵活和有效的方法进行了测试，一维环形激光器以及二维微盘激光器与对称性破缺。
2015-03-12 physics.optics
Stochastic inner workings of subdiffraction laser writing
Princeton University（普林斯顿大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
研究通过统计光学方法揭示了亚衍射激光刻写中确定性与随机性相互作用的物理机制，并探讨了其对量子光子系统可扩展性的限制。
2026-03-05 physics.optics
Single-Mode Emission in InP Microdisks on Si using Au Antenna
用于片上光子应用的重要构建块是缩放的发射器。基于Si上的III-V族的回音壁模式腔允许小的器件占用面积和具有低阈值的激光。然而，在更宽的温度范围内的多峰发射和波长稳定性可能具有挑战性。在这里，我们探讨使用金纳米棒的InP回音壁模式激光器上的Si单模发射。我们表明，通过适当选择的天线的尺寸和位置，我们可以抑制腔的侧模，并实现在很宽的激励范围内的单模发射。我们通过改变天线的尺寸来建立发射趋势，并表明具有和不具有天线的设备的远场辐射图案显著不同。此外，天线诱导的单模发射是占主导地位的从室温（300 K）下降到200 K，而没有天线的腔是多模态的，其主发射波长是高度依赖于温度的。
2021-10-22 physics.app-ph physics.optics
Subwavelength Phase Engineering Deep Inside Silicon
提出晶态硅内部的亚波长相位工程，通过单片嵌入体超光学器件实现 2π 相位控制、90% 透射效率和 70% 聚焦效率，为三维纳米光子集成提供 CMOS 兼容方案。
2025-07-28 physics.optics
Numerical Investigation of Vertical Cavity Lasers with Subwavelength Gratings Using the Fourier Modal Method
我们展示了傅里叶模态方法（FMM）的强度，用于数值研究包括亚波长光栅在内的垂直腔的光学特性。三种不同的技术确定谐振腔模式的谐振频率和Q因子进行了比较。在此基础上，选择了法布里-珀罗方法，因为它的数值效率。在确定的谐振频率和Q-因子的计算不确定性的调查，表明在Q-因子计算的不确定性可以是几个数量级大于谐振频率计算。此外，减少3D模拟低维模拟的方法，建议，并示出，使近似和快速模拟某些设备参数。数值计算的腔色散，这是一个重要的特性，垂直腔，说明。通过采用实现的FMM，它表明，绝热异质结构的设计是有利的突变异质结构相比，最大限度地减少腔散射损耗。
2016-05-04 physics.comp-ph physics.optics
Condensation of Thresholds in Multimode Microlasers
我们表明，从从头算激光理论，通过选择一个适当的空间泵浦分布，许多不同的空间模式的一个典型的微激光器可以打开在相同的泵浦能量，大大增加了数量，N，同时激射模式。当系统被均匀泵浦到第N个模阈值时，可以简单地从空间相关的饱和增益分布的知识获得最佳泵浦分布。我们通过将其应用于二维扩散随机激光器和微盘激光器来检验这个一般结果。在合理的泵浦功率下实现高度多模激光发射对于降低激光源的空间相干性是有用的，使得它们适合用于无斑点成像和其他应用。
2016-07-27 physics.optics
Lithium niobate micro-disk resonators of quality factors above 10^7
我们报道了在770 nm波长附近测得的品质因数大于10^7的晶体钛酸锂微谐振器的制备。我们的技术依赖于飞秒激光微机械加工图案化的掩模涂覆在锂的绝缘层上（LNOI）成微盘，然后通过化学机械抛光过程转移盘形图案的LNOI。在所制作的微盘中，包括二次谐波产生和拉曼散射的非线性过程已经被证实。
2018-05-16 physics.app-ph physics.optics
Magnetic light amplification by stimulated emission of radiation in subwavelength systems of a dielectric cavity and magnetic quantum emitters
本文提出由高折射率介电腔和磁量子发射体构成亚波长磁激光器，推导实现条件，并通过硅盘等系统数值验证其可行性，发现磁Purcell因子可比电Purcell因子高约10^3倍，为增强磁光-物质相互作用开辟新途径。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Chaotic Microcavity Laser with Low threshold and Unidirectional Output
在这里，我们报告的激光作用，在利马松形GaAs微盘与量子点（QD）嵌入。虽然腔内射线动力学主要是混沌的，但由于波局部化，高$Q$模式集中在区域$χ> χ_c$中。全内反射的强光约束导致非常低的激光阈值。我们的测量结果表明，所有的激光模式输出在同一方向上，无论其波长和腔内模式结构。这种普遍的发射方向是由开放混沌腔中光线的定向相空间流动决定的。输出光束的发散角小于40度。单向性被证明是强大的对实际腔的形状和尺寸从设计值的小偏差。
2008-10-21 physics.optics
Deeply Subwavelength Blue-Range Nanolaser
本文通过湿化学合成在银基底上制备了CsPbCl$_3$立方形单晶纳米激光器，实现了目前最小尺寸的深亚波长蓝光发射，并揭示了其基于激子-极化激元与Mie共振强耦合的无粒子数反转极化激元激光机制。
2025-09-16 physics.optics
Ultrafast laser-induced subwavelength structures towards nanoscale: the significant role of plasmonic effects
近年来，通过控制复杂人造结构上的表面等离子体激元（SPs）来实现对光的超越衍射极限的操控，引起了人们极大的兴趣。然而，在这里，我们证明了在短脉冲激光烧蚀超快活性等离子体结构自发产生凭借等离子体效应，而不是人类的聪明才智。首先，分裂的激光诱导的亚波长光栅，实验证明在ZnO，Si和GaAs，被证实起源于SP模式的转换从共振到非共振模式，并进一步同相或反相非对称模式。此外，随着脉冲数的增加，激光诱导结构的普遍缩小是来自于等离子体相互作用的物理机制从光学机制到静电机制的转换，这可能会引起准静态SP，其相互作用尺度远远超过衍射极限，并导致超快，非热烧蚀的非凡的静电增强。等离子体激元机制揭示了超快激光诱导纳米结构的深亚波长空间尺度和超短时间尺度之间的联系：基本上，“纳米尺度”倾向于消除电磁延迟效应并对入射场产生瞬时响应，并引起静电相互作用和巨大的局域场增强，从而在巨大的静电力驱动下促进超快烧蚀。因此，同时提供“纳米级”和“超快”的活性等离子体结构易于在超快烧蚀中形成。此外，等离子体激元机制可以作为一种强大的“进化力”，在多脉冲烧蚀中发挥作用，促进共振纳米结构的生长--各种典型的等离子体激元结构可以通过多脉冲演化自生成，这可以被认为是一种自然等离子体激元。
2012-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
