An octave spanning mid-infrared frequency comb generated in a silicon nanophotonic wire waveguide
我们展示了一个倍频程跨越频率梳的光谱覆盖波长从1,540 nm到3,200 nm。超连续谱是通过用70 fs的脉冲以仅15 pJ的能量泵浦1cm长的色散工程硅线波导而产生的。我们确认的相位相干性的输出光谱拍超连续谱与窄带连续激光。我们表明，实验结果与数值模拟一致。
2014-05-16 physics.optics
Isotropic fabrication of centimeter-scale, low propagation-loss periodically poled lithium niobate nanophotonic waveguides for efficient second harmonic generation
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；East China Normal University（华东师范大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Shanxi University（山西大学）；Shandong Normal University（山东师范大学）
通过飞秒激光光刻辅助化学机械刻蚀（PLACE）实现各向同性刻蚀，制备出1.2厘米长、传播损耗仅0.042 dB/cm、占空比均匀50%的周期性极化铌酸锂纳米光子波导，在1525 nm连续波泵浦下获得2021%/W的归一化准相位匹配二次谐波转换效率和64%的绝对转换效率。
2026-05-27 physics.optics
Chip-based f-2f interferometry in periodically tapered lithium niobate nanophotonic waveguides
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Peking University（北京大学）
本文提出一种周期性渐变铌酸锂波导，利用chi(2)和chi(3)非线性效应实现宽谱重叠的f-2f干涉测量，实现低脉冲能量下的载波-包络偏移频率检测。
2026-04-24 physics.optics
Hybrid Plasmonic Waveguide Fed Broadband Nano-antenna for Nanophotonic Applications
提出一种混合等离子体波导馈电的宽带光学贴片纳米天线，仿真验证其覆盖850、1310和1550 nm窗口、带宽约86%且定向增益良好，可用于片上光通信、传感与能量收集。
2014-12-24 physics.optics
Mid-infrared continua via spectral broadening and difference frequency generation in a nanophotonic lithium niobate waveguide
本研究利用纳米光子铌酸锂波导的双级设计，通过三阶光谱展宽与周期极化段的脉内差频产生，在电信波长飞秒源泵浦下实现了覆盖350-4800nm的超宽相干光谱，为中红外宽带光源提供了新方案。
2025-10-27 physics.optics
High performance nanophotonic circuits based on partially buried horizontal slot waveguides
我们提出了一种新的平台，以构建高性能的纳米光子器件在低折射率的电介质薄膜在电信波长。通过PECVD沉积高折射率非晶硅来形成水平槽提供了一种方便且低成本的方式来定制纳米光子器件以满足应用需求。获得小于2 dB/cm的低传播损耗，使我们能够制造具有超过10^5的高光学品质因数的光学谐振器。我们设计和实验证明片上光栅耦合器，有效地耦合到集成电路的光耦合损耗为4分贝和光学带宽超过110 nm。整个片上电路组成的输入/输出耦合器，马赫-曾德尔干涉仪与高消光比和环形，跑道谐振器的设计，制造和表征。
2014-01-20 physics.optics
Physical origin of higher-order soliton fission in nanophotonic semiconductor waveguides
在克尔介质中产生超连续谱已成为非线性光学的一个重要研究方向。它因促进了对孤子传播的理解以及它在广泛领域中的许多应用而闻名。激光的相干光谱展宽现在通常在实验室中进行，并用于商业白光源。目前，该技术的前景正在推动不同集成平台的实验，如绝缘体上半导体波导。光谱展宽的核心是高阶孤子分裂的概念。虽然在石英光纤中被广泛接受，但半导体波导中孤子衰减的动力学仍然知之甚少。特别是，二氧化硅中不存在的非线性损耗和自由载流子的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这里，通过实验和模拟，我们表明，非线性损耗是占主导地位的扰动线波导，而自由载流子色散是占主导地位的光子晶体波导。
2018-05-14 physics.optics
Broadband directional coupling in aluminum nitride nanophotonic circuits
绝缘体上氮化铝（AlN）已成为实现线性和非线性集成光子电路的一个有前途的平台。为了在芯片上有效地路由光信号，需要精确控制倏逝耦合波导模式的相互作用和偏振。在这里，我们采用纳米光子氮化铝波导实现定向耦合器具有较宽的耦合带宽和低插入损耗。我们实现了均匀的入射模式的分裂，证实了集成马赫-曾德尔干涉仪超过33 dB的高色散比。此外，优化的三波导耦合器允许在传统的侧耦合器件上扩展耦合带宽几乎一个数量级，具有可变的分光比。我们的工作说明了氮化铝电路的耦合波导光学，密集波分复用应用和集成偏振分集方案的潜力。
2013-03-20 physics.optics
Ultra-broadband spectral and polarisation entanglement using dispersion-engineered nanophotonic waveguides
本文提出利用色散工程纳米光子波导，通过自发四波混频产生超宽带光谱与偏振纠缠光子对，实现高维频率纠缠和宽波段偏振纠缠，推动量子光子技术发展。
2025-06-21 physics.optics
Guided mode meta-optics: Metasurface-dressed nanophotonic waveguides for arbitrary designer mode couplers and on-chip OAM emitters with configurable topological charge
超颖表面在自由空间裁剪复杂光场方面取得了丰硕的成果。然而，应用元光学的概念来完全控制波导模式的系统研究仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个全面的目录，能够选择性地和排他性地激发几乎任意的高阶波导模式的利益，利用硅超颖表面图案化的氮化硅波导。通过同时设计超颖表面的相位匹配梯度和纳米天线近场与目标波导模式之间的矢量空间模式重叠以用于激励，成功地发射了单个或多个高阶模式，具有高达98%的高纯度和宽带宽。此外，理论上还证明了片上扭曲光发生器具有从-3到+2的可配置OAM拓扑电荷\ell，作为超表面使能导模光学的综合框架，并激励进一步的应用，如多功能集成耦合器，解复用器和基于模分复用的通信系统。
2021-11-03 physics.optics
Heralded pure single-photon sources using nanophotonic waveguides with quadratic and cubic nonlinearities
本文提出利用自发四波混频与和频产生在AlGaAs和LiNbO$_3$纳米光子波导中的相互作用，开发集成纯预示单光子源，显著提升了光子对的光谱纯度并放宽了设计限制，为室温片上光子探测及量子信息处理应用铺平道路。
2024-11-12 physics.optics
Nanophotonic devices on thin buried oxide Silicon-On-Insulator substrates
我们展示了一个硅光子平台，使用薄的掩埋氧化物绝缘体上硅（SOI）衬底，使用局部衬底去除。我们展示了高限制硅条形波导，微环谐振器和纳米锥使用这种技术。使用削减方法的波导的传播损耗为3.88 dB/cm的准TE模式和5.06 dB/cm的准TM模式。获得了准TM模的有载品质因数（Q）为46，500，准TE模的本征Q为148，000的环形谐振腔。该工艺将使光子结构与基于薄埋氧SOI的电子器件集成。
2009-12-04 physics.optics
Shaping the modal confinement in silicon nanophotonic waveguides through dual-metamaterial engineering
在硅光子波导中的模态限制的灵活控制对于许多应用是有吸引力的特征，包括传感和有源材料的混合集成。在大多数情况下，条形波导是最大化光与波导周围环境相互作用的优选解决方案。然而，在Si条形波导中仅有的两个自由度是宽度和厚度，导致在倏逝场控制中的有限灵活性。在这里，我们提出并证明了一种新的策略，利用超材料工程的波导芯和包层控制在垂直和水平方向的折射率对比度，独立。与条形波导的最佳情况（0.3）相比，所提出的双材料几何形状产生了与空气的显著增加的计算重叠（0.35）。为了实验证明这种方法的潜力，我们已经实现了双超材料环形谐振器，在220 nm厚的波导中以空气作为上包层，以横向磁偏振模式工作。用条形和双超材料波导实现的微环谐振器表现出相同的测量品质因数，接近30，000。具有类似的测量品质因数和更好地计算外部限制因子比条形波导，所提出的双超材料几何形状代表作为一个有前途的方法来控制模式限制在硅波导。
2021-05-31 physics.optics
Self-organization of atoms along a nanophotonic waveguide
原子耦合到纳米光子界面代表了量子光-物质相互作用研究的一个令人兴奋的前沿。虽然大多数工作都考虑了静态原子和光之间的相互作用，在这里，我们证明了丰富的现象可以产生自洽的原子内部状态，光学散射和原子力之间的相互作用。我们详细考虑了原子耦合到一维纳米光子波导的情况，并表明这种相互作用引起沿波导的原子位置的自组织，这可以通过反射和透射光谱的不同特性进行实验探测。
2012-11-24 physics.optics quant-ph
Input-Output Formalism For Few-Photon Transport in One-Dimensional Nanophotonic Waveguides Coupled to a Qubit
我们扩展了量子光学的输入输出形式，分析了嵌入量子比特的波导中的少光子输运。我们提供了明确的分析推导单光子和双光子散射矩阵元素的基础上运营商方程的海森堡图片。
2010-11-15 physics.optics quant-ph
Triangular cross-section grating couplers for integrated quantum nanophotonic hardware in silicon carbide
本研究设计并制造了碳化硅三角截面波导的鱼骨形光栅耦合器，实验效率达24%，为量子纳米光子器件中色心光的有效提取提供了可扩展方案。
2025-04-23 physics.optics
Highly-tunable efficient second-harmonic generation in a lithium niobate nanophotonic waveguide
高度可调谐相干光的产生对于许多重要的光子应用是至关重要的。二次谐波产生（SHG）是用于此目的的主要方法，然而，其在常规非线性平台中表现出转换效率和波长可调谐性之间的折衷。最近发展的集成锂酸盐（LN）技术使得可以在保持高转换效率的同时实现大波长调谐。在这里，我们报告的片上倍频，同时实现了一个大的可调谐性和高转换效率内的一个单一的设备。我们利用LN独特的强热光双折射，实现灵活的温度调谐的I型模间相位匹配。在长度仅为8 mm的LN纳米光子波导中，我们实现了光谱调谐，调谐斜率为0.84 nm/K，非线性转换效率为4.7% W $^{-1}$。我们的器件显示了高效的片上波长转换的巨大潜力，以产生高度可调谐的相干可见光，为广泛的应用，同时利用成熟和具有成本效益的电信激光技术的优势。
2018-04-10 physics.optics
Optomechanical Multi-Mode Hamiltonian for Nanophotonic Waveguides
我们开发了一个系统的方法来推导量子光学多模哈密顿的光子和声子在纳米光子介电材料的相互作用，通过微扰理论的电磁哈密顿量。哈密顿量涵盖了辐射压力和电致伸缩相互作用的平等地位。作为一个典型的例子，我们将我们的方法应用到一个圆柱形纳米波导，并推导出一个布里渊量子光力学的哈密顿描述。我们分析表明，在纳米波导辐射压力占主导地位的电致伸缩，与最近的实验。计算的光子-声子耦合参数被用来推断斯托克斯布里渊散射的增益参数，与实验观察符合得很好。
2016-08-03 physics.optics quant-ph
Second-Harmonic Generation in Etchless Lithium Niobate Nanophotonic Waveguides with Bound States in the Continuum
自量子力学首次提出连续介质束缚态以来，它在各种体系中得到了广泛的研究。光子BIC可以实现光模限制并为非线性光学提供场增强，但它们很少被用于非线性集成光子波导。将BIC应用于光子集成电路中，可以在高折射率衬底上的低折射率波导中实现低损耗的光引导和路由，适用于具有非线性材料的集成光子学。在这里，我们报告的实验演示的二次谐波产生从电信到近可见光波长的无蚀刻的锂离子酸盐平台上使用的光子BIC的二次谐波模式。该器件具有0.175%W-1cm-2的二次谐波转换效率和优异的热稳定性，从25°C到100°C的波长漂移仅为1.7 nm。我们的研究结果代表了一种新的非线性集成光子学的范例，它可以实现广泛的片上应用，如光学参数生成，信号处理和量子光子学。
2021-09-30 physics.optics
Wide-span and tunable-wavelength photon pairs around 1.55 μm from a silicon nanophotonic chip
利用一个由硅微环耦合而成的紧凑型光泵硅纳米光子芯片，我们产生了多对波长在1.55 μm附近的光子对。波长可调超过几个纳米，展示了在自由选择的双波段波长产生波分复用光子对的能力。
2013-04-17 physics.optics quant-ph
Efficient fiber-optical interface for nanophotonic devices
我们展示了一种用于将来自单模光纤的引导光有效耦合到纳米光子器件的方法。我们的方法利用单侧锥形锥形光纤，其在最后~10 μ m上渐逝地耦合到纳米光子波导。通过选择合适的锥度实现绝热模转移，单模光纤-波导耦合效率高达97（1）%。获得了有效的耦合，为广泛的设备的几何形状，无论是单夹在一个芯片上或连接到光纤，展示了集成纳米光子电路，量子光学和纳米级传感应用的一个很有前途的方法。
2014-09-26 physics.optics
Chiral nanophotonic waveguide interface based on spin-orbit coupling of light
通过纳米光子波导控制光的流动具有改变集成信息处理的潜力，就像传统玻璃纤维彻底改变了全球通信一样。由于光的强横向限制，这种波导引起被引导光子的内部自旋与其轨道角动量之间的耦合。在这里，我们采用这种光的自旋-轨道耦合来打破纳米光子波导表面上的单个金纳米颗粒对光的光的散射的镜像对称性。因此，我们实现了一种手性波导耦合器，其中入射光的旋向性决定了波导中的传播方向。利用这种效应，我们可以控制散射过程的方向性，并将高达94%的耦合光引导到给定的方向。这使得控制和操纵光波导和纳米光子结构中的光以及设计集成光学传感器的新方法成为可能。
2014-06-09 physics.atm-clus physics.optics quant-ph
Coherent single-photon absorption by single emitters coupled to 1D nanophotonic waveguides (Chen, et al.)
我们研究了耦合到一维波导的单发射体的单光子吸收动力学，该一维波导同时提供了自发发射衰减的通道和输入光子的通道。我们发展了一个含时理论，使我们能够指定任何输入的单光子波包波导引导作为初始条件，并计算发射器的激发概率，以及传输和反射场的时间演化。对于单光子波包的高斯光谱和时间的形状，我们得到的吸收动力学的解析解，最大原子激发$\thicksim 40%$。此外，我们提出了一个终止波导，以帮助单光子吸收。我们发现，对于一个发射器放置在一个最佳的距离从终端，由于入射单光子波包的最大原子激发可以超过70%。该高值是用于发射到波导中的高自发发射$β$因子的直接结果。最后，我们还探讨了波导色散是否可以通过脉冲整形来帮助单光子吸收。对于高斯输入波包，我们发现通过设计色散，吸收效率可以进一步提高4%。单发射极单光子吸收在量子通信和量子计算中具有潜在的应用价值。
2011-07-01 physics.optics
Generation of ultra broadband coherent supercontinuum in tapered and dispersion managed silicon nanophotonic waveguides
研究了用于产生最佳超宽带超连续谱（SC）的锥形和色散管理（DM）硅纳米光子波导。DM波导是示出纵向依赖的群速度色散的结构，其由波导宽度随传播距离的变化引起。为了生成最优的SC，遗传算法已被用来找到最好的分散图。对于2 $μ$ m、200 fs和6.4 pJ输入脉冲，这允许分别对于锥形波导和DM波导在-20 dB水平下产生跨越从1300 nm到2860 nm的1.14倍频程和从1200 nm到2870 nm的1.25倍频程的高度相干超连续谱。这两种结构与通常考虑的最佳固定宽度波导的比较表明，SC在更精细的DM波导中更宽和更平坦，同时通过变化的色散确保高相干性。
2016-12-01 nlin.PS physics.optics
Self-organized nonlinear gratings for ultrafast nanophotonics
现代非线性光学材料允许一种波长的光被有效地转换成另一种波长的光。然而，设计非线性光学材料以在超短脉冲下工作是困难的，因为必须匹配光的相速度和群速度。在这里，我们表明，自组织非线性光栅可以形成与飞秒脉冲通过纳米光子波导传播，提供同时的群速度匹配和准相位匹配的二次谐波产生。我们记录的第一个直接显微镜图像的光致非线性光栅，并演示这些波导如何使同时$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性过程，我们利用稳定的激光频率梳。最后，我们推导出的方程，管理自组织光栅形成飞秒脉冲和解释的关键作用的群速度匹配。在未来，这种纳米光子波导可以实现可扩展的，可重新配置的非线性光学系统。
2018-06-20 physics.optics
Coherent single-photon absorption by single emitters coupled to 1D nanophotonic waveguides
我们研究了耦合到一维波导的单发射体的单光子吸收动力学，该一维波导同时提供了自发发射衰减的通道和输入光子的通道。我们发展了一个含时理论，使我们能够指定任何输入的单光子波包波导引导作为初始条件，并计算发射器的激发概率，以及传输和反射场的时间演化。对于单光子波包的高斯光谱和时间的形状，我们得到的吸收动力学的解析解，最大原子激发$\thicksim 40%$。我们还提出了一种端接波导来帮助单光子吸收。我们发现，对于一个发射器放置在一个最佳的距离从终端，由于入射单光子波包的最大原子激发可以超过70%。该高值是用于发射到波导中的高自发发射$β$因子的直接结果。最后，我们还探讨了波导色散是否可以通过脉冲整形来帮助单光子吸收。对于高斯输入波包，我们发现通过设计色散，吸收效率可以进一步提高4%。单发射极单光子吸收在量子通信和量子计算中具有潜在的应用价值。
2011-07-01 physics.optics
Laser fabrication of crystalline silicon nanoresonators from an amorphous film for low-loss all-dielectric nanophotonics
高折射率亚波长介电纳米谐振器的概念，支持电和磁光谐振，是一个有前途的平台，波导，传感和非线性纳米光子器件。然而，纳米谐振器中的高浓度缺陷降低了它们的谐振特性，这在很大程度上取决于它们的内部损耗。因此，它似乎是不可避免的，使用最初的晶体材料的纳米谐振器的制造。在这里，我们表明，通过飞秒激光烧蚀非晶（高损耗）硅薄膜的结晶（低损耗）共振硅纳米粒子的制造是可能的。我们采用两种概念上不同的方法：最近提出的激光诱导转移和一种新的激光写入技术的晶体纳米粒子的大规模制造。通过拉曼光谱和电子透射显微镜证明了所制造的纳米颗粒的结晶性，而使用暗场光学光谱和全波电磁模拟研究了纳米颗粒的光学谐振特性。
2015-12-12 physics.optics
Nanophotonic Luminescent Solar Concentrators
我们研究了两种可制造的纳米腔LSC结构，双层平板和平板光子晶体中光子局域态密度和发光太阳能聚光器（LSC）性能之间的联系。时域电磁场模拟结果表明，在相同数量的激发发光体的情况下，与工作在射线光学极限的传统LSC相比，光子晶体的波导发光光子通量可以提高30%.进一步的光子工程可以实现波导发光通量的一个数量级的增加。
2013-07-05 physics.optics
Chirality of nanophotonic waveguide with embedded quantum emitter for unidirectional spin transfer
可扩展的量子技术需要在存储量子信息的物质量子比特和在集成电路和波导中携带信息的光子量子比特之间进行忠实的转换。我们证明了在纳米光子波导中产生的电磁场手性导致从嵌入的量子点量子发射器的单向发射，从而在平面内传输物质量子比特（自旋）信息。尽管波导的几何形状和材料是非手性的，但手性行为仍然发生。利用量子点配准技术，我们实现了量子发射器确定性地定位在一个手征点上，并通过设计实现了自旋路径转换。我们测量并比较了单模纳米束和光子晶体波导中的现象。前者是更宽容的点的位置，表现出高达95 +/- 5%的实验自旋路径读出，并有可能作为未来的自旋逻辑和网络实现的基础。
2015-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanophotonic waveguide enhanced Raman spectroscopy of biological submonolayers
表征单层生物分子一直是一个重大挑战。我们展示了纳米光子波导增强拉曼光谱（NWERS）的单层在近红外区域，使实时测量的杂交的DNA链和密度的子单层的生物素-链霉亲和素复合物固定在光子芯片的顶部。NWERS基于增强的倏逝波激发和收集纳米光子波导附近的自发拉曼散射，对于一厘米的氮化硅波导，其提供的信号比共焦拉曼显微镜高出四个数量级以上。减少的采集时间和信号的特异性允许对表面物质进行定量和实时表征，这是迄今为止使用拉曼光谱法不可能实现的。NWERS为单层研究提供了直接的分析工具，并开辟了一条通往紧凑型无显微镜芯片实验室设备的路线，该设备具有使用可批量生产的CMOS技术平台制造的集成源，光谱仪和检测器。
2016-08-29 physics.ins-det physics.optics
All-nanophotonic NEMS biosensor on a chip
集成的化学和生物传感器在降低成本、尺寸和重量方面具有优势，并为并行监测和分析开辟了新的前景。基于纳机电系统（NEMS）的生物传感器是集成平台最有吸引力的候选人。然而，致动和换能技术（例如静电、磁动、热或压电）将其操作限制在实验室条件下。全光学方法提供了克服这一问题的可能性，然而，现有的方案要么是根本上宏观的，要么是过于复杂和昂贵的大规模生产。在这里，我们提出了一种新的方案，非常紧凑的NEMS生物传感器单片集成在一个芯片上的所有纳米光子转导和驱动。它由光子波导和放置在波导上方的纳米梁悬臂梁组成，两者都是在相同的CMOS兼容工艺中制造的。由于悬臂梁处于强限制光子模的近场，因此可以有效地驱动悬臂梁，并利用同一个光波导直接读出悬臂梁的响应，从而使其具有很高的灵敏度，即使在大气中也能实现单分子探测。
2014-10-29 physics.optics
Intense optical parametric amplification in dispersion engineered nanophotonic lithium niobate waveguides
集成光子学中的强放大是计算、通信、传感和量子信息处理最期望的光学功能之一。半导体增益和立方非线性，如四波混频和受激拉曼和布里渊散射，已经成为芯片上研究最多的放大机制之一。或者，具有强二次非线性的材料平台在增益和带宽方面具有许多优势，其中纳米光子锂离子材料是最有前途的候选材料之一。在这里，我们将准相位匹配与色散工程相结合，在纳米光子晶体锂酸盐波导中实现了强烈的光参量放大。我们测量了一个宽带相敏片上放大大于45 dB/cm的2.5毫米长的波导。我们进一步确认高增益操作的退化和非退化制度，通过放大真空波动的宏观水平在6毫米长的波导，与片上增益超过100 dB/cm的600 nm的带宽约2 $μ$ m。我们的研究结果为片上少周期非线性光学、中红外光子学和量子光子学开启了新的可能性。
2022-03-15 physics.optics quant-ph
Ultrahigh-efficiency second-harmonic generation in nanophotonic PPLN waveguides
周期性极化铌酸锂（PPLN）波导是高效波长转换的强大平台。然而，由于有限的非线性相互作用强度，传统的PPLN转换器通常需要长的器件长度和高泵浦功率。在这里，我们使用纳米结构的PPLN波导，以证明一个2600%/W-cm $^2$的二次谐波产生的1.5- $μ$ m的辐射，超过20倍，高于国家的最先进的扩散波导的效率。这是通过在4 $μ$ m的一阶极化周期下的亚波长光学限制和高保真周期性极化的组合来实现的。我们的高度集成PPLN波导是有前途的经典和量子光子系统的未来芯片级集成。
2018-09-24 physics.app-ph physics.optics
Semi-nonlinear nanophotonic waveguides for highly efficient second-harmonic generation
二次光学参量过程形成了与经典和量子频率转换相关的各种应用的基础，这些应用最近在片上实现中引起了极大的兴趣。这些过程依赖于相互作用的导模之间的相位匹配，并且折射率工程已经是用于此目的的主要方法。不幸的是，模态相位匹配方法迄今为止只产生相当低的效率，由于固有的模式不匹配的空间对称性的参数生成。在这里，我们提出了一个通用的设计和操作原理，高效的光学参量产生集成的光子平台。通过在器件的非线性光学中引入空间对称性破缺，我们能够显著增强非线性参量相互作用，从而实现极高的效率。我们采用这种方法来设计和制造异质氧化钛/锂离子酸盐纳米光子波导，其能够提供具有高达2900%W $^{-1}$ cm $^{-2}$的理论转换效率的二次谐波产生，这使得我们能够在仅2.35 mm长的波导中实验性地实现36.0%W $^{-1}$的转换效率，对应于所记录的650%W $^{-1}$ cm $^{-2}$的归一化效率，这显著超出了常规模态相位匹配方法的范围。与材料选择性的非线性域工程不同，所提出的操作原理可以灵活地应用于任何其他片上二次非线性平台，以支持超高效率的光学参量相互作用，从而为极端非线性和量子光学开辟了一条伟大的道路，在节能非线性和量子光子信号处理中具有广泛的应用潜力。
2018-09-17 physics.optics
Miniaturized Low-power Electro-optic Modulator Based on Silicon Integrated Nanophotonics and Organic Polymers
设计并实现了一种基于电光聚合物填充硅缝隙光子晶体波导（PCW）的小型、低功耗、低色散、宽带光调制器。该EO聚合物专为高EO活性和近红外透明性而设计。在8 nm的光谱范围内，半波开关电压为Vπ=0.97V，对应于推挽结构的最高有效器件内r33为1190 pm/V，Vπ L为0.291Vmm。排除慢光效应，我们估计EO聚合物在槽中以89 pm/V的超高效率极化。此外，为了实现高速调制，硅PCW被选择性地掺杂以减少RC时间延迟。该调制器的3dB射频带宽为11 GHz，调制响应可达40 GHz。
2014-12-08 physics.optics
Electroabsorption in gated GaAs nanophotonic waveguides
我们报告了在薄GaAs/Al $_{0.3}$ Ga $_{0.7}$ As纳米光子波导与嵌入式$p$ - $i$ - $n$结的电吸收的分析。通过测量不同长度的波导的传输，我们推导出作为电场，波长和温度的函数的传播损耗。结果与Franz-Keldysh模型的电吸收延伸超过200 meV以下的GaAs带隙，即在910- 970 nm的波长范围内，在很好的协议。我们发现在正向偏压，我们归因于费米能级钉扎在波导表面，在室温下产生超过20 dB/mm的损失，一个显着的剩余吸收。这些结果对于理解在自组装InAs半导体量子点的发射范围内操作的纳米光子器件中的损耗的起源是必不可少的，从而实现可扩展的量子光子集成电路。
2021-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Sub-radiant states for imperfect quantum emitters coupled by a nanophotonic waveguide
定制光子结构中量子发射器之间的相干相互作用是未来量子技术的基本组成部分，但在复杂的固态环境中观察仍然具有挑战性，其中必须考虑退相干的作用。在这里，我们研究了在一个现实的固态环境中的一维波导介导的两个量子发射器之间的光学相互作用，专注于创建，人口和检测的亚辐射状态，在存在的退相。我们发现，随着失相的增加，子辐射的签名迅速消失在强度测量，但仍然明显的光子相关测量，特别是当两个发射器分别泵浦，以便有效地填充子辐射状态。应用格林张量方法模拟了光子晶体波导，包括对集成发射器空间位置的依赖性。这项工作奠定了一条路线的实验实现亚辐射态的纳米光子波导含有固态发射器。
2022-06-01 physics.optics quant-ph
Ultrabroadband Nonlinear Optics in Nanophotonic Periodically Poled Lithium Niobate Waveguides
具有二次非线性的波导中的准相位匹配相互作用实现了高效的非线性频率转换。在这篇文章中，我们展示了第一代器件，该器件将纳米光子波导中的色散工程与周期性极化锂离子电池（PPLN）中的准相位匹配非线性相互作用相结合。这种组合使准静态相互作用的飞秒脉冲，减少了几个数量级的脉冲能量的要求，从皮焦耳到毫微微焦耳。我们实验证明了与二次谐波产生相关的两种效应。首先，我们观察到有效的准相位匹配的二次谐波产生与<100 fJ的脉冲能量。其次，在强相位失配的限制下，我们观察到两个谐波的光谱展宽，脉冲能量仅为2-pJ。这些结果奠定了基础，一类新的非线性器件，其中的协同工程的色散与准相位匹配，使有效的非线性光学在毫微微焦耳水平。
2019-09-19 physics.app-ph physics.optics
Programmable nonlinearity within nanophotonic waveguides
Cornell University（康奈尔大学）；NTT Research, Inc.（NTT研究所）；Yale University（耶鲁大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出在纳米光子波导内实现可编程χ(2)全息图，通过光电导电极投影实现可重构准相位匹配，支持快速更新、闭环优化及原位诊断，规避制造缺陷并保留波导优势。
2026-10-02 physics.app-ph physics.optics
Scattering of a cross-polarized linear wave by a soliton at an optical event horizon in a birefringent nanophotonic waveguide
在集成结构中，实验和数值研究了正交偏振孤子引起的线性波在光学事件视界上的散射。实验在色散工程双折射硅纳米光子波导中进行。与共极化波形成鲜明对比的是，两个交叉极化波的群速度之间的巨大差异使得频率转换几乎与孤子波长无关。结果表明，在350 nm的泵浦调谐范围内，产生的闲频光在1550 nm附近仅发生了10 nm的位移。利用两个耦合的全矢量非线性薛定谔方程进行的模拟完全支持实验结果。
2016-03-25 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.optics
Visible octave frequency combs in silicon nitride nanophotonic waveguides driven by Ti:sapphire lasers
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Alexandria University（亚历山大大学）
本文通过空气包层硅氮纳米光子波导和钛宝石激光实现可见光八倍频梳，展示了高效率和可扩展性。
2026-01-07 physics.app-ph physics.optics
Broadband energy-efficient optical modulation by hybrid integration of silicon nanophotonics and organic electro-optic polymer
硅有机混合集成器件具有新兴的应用，从高速光学互连到光子电磁场传感器。电光聚合物填充硅缝隙光子晶体波导（PCWs）结合了PCWs的慢光效应和电光聚合物的高极化率，有望实现高性能的光调制器。提出了一种基于电光聚合物填充硅缝隙PCW的宽带、低功耗、低色散、紧凑型光调制器。在背栅电压的辅助下，调制响应可达50 GHz，3dB带宽为15 GHz，在10 Gbit/s时的能量消耗为94.4fJ/bit。此外，晶格移位的PCW被用于将光学带宽提高到基于非频带工程PCW和环形谐振器的其他调制器的约10倍。
2015-03-06 physics.optics
Highly efficient ultra-broad beam silicon nanophotonic antenna based on near-field phase engineering
光学天线是光学相控阵（OPA）和自由空间光学互连中的基本元件。光学天线设计中的一个突出挑战在于同时实现高辐射效率、超紧凑的基底面和宽辐射角，这是具有宽转向范围的密集2D OPA所需的。在这里，我们展示了一个全新的概念，基于近场相位工程的纳米光子天线。通过在夫琅和费变换中引入一个特定的近场相位因子，远场光束被展宽到衍射极限之外。我们使用横向交错的亚波长光栅纳米结构来控制近场相位。该天线的辐射效率为82%，尺寸为3.1 μ m * 1.75 μ m，纵向和横向的超宽远场波束宽度分别为52°和62°。这种前所未有的设计性能是通过在300 nm SOI平台中的单蚀刻光栅纳米结构实现的。
2022-09-01 physics.optics
Mid-infrared optical parametric amplifier using silicon nanophotonic waveguides
全光信号处理被认为是下一代光通信网络大幅降低功耗和提高性能的一种方法。非线性光学效应，如四波混频（FWM）和参量增益，长期以来一直被探索在玻璃光纤中实现全光功能。另一种方法是采用硅波导的纳米级工程来增强光学非线性高达五个数量级，从而实现集成芯片级全光信号处理。以前，电信波段泵浦的强双光子吸收（TPA）一直是一个基本的和不可避免的障碍，限制了参数增益的值在几dB的顺序。在这里，我们展示了一个硅纳米光子光参量放大器，表现出高达25.4 dB的增益，通过操作泵在中红外近一半的带隙能量（E~0.55eV，λ ~ 2200 nm），在寄生TPA相关的吸收消失。该增益足以补偿所有插入损耗，从而实现13 dB净片外放大。此外，色散工程将增益带宽显著提高到220 nm以上，所有这些都是使用超紧凑的4 mm硅芯片实现的。除了与全光信号处理的显著相关性外，宽带参量增益还有助于通过级联FWM同时生成多个片上中红外光源，覆盖500 nm光谱范围。总之，这些结果提供了一个基础的硅基室温中红外光源，包括可调芯片级参量振荡器，光学频率梳，和超连续谱发生器的建设。
2010-01-10 physics.optics
Erbium emitters in commercially fabricated nanophotonic silicon waveguides
本研究展示了铒发射体可可靠集成于商业制备的低损耗硅波导，实现窄线宽与磁场下自旋分裂，为CMOS工艺制造长寿命量子存储器奠定基础。
2023-07-26 physics.optics quant-ph
Optimizing for a Near Single-Mode Type-0 Optical Parametric Amplifier in Nanophotonics
本文通过优化波导尺寸、极化图案、泵浦波长和脉冲持续时间，在薄膜铌酸锂平台上实现了光谱纯度0.982的近单模Type-0光学参量放大器，并证明其可用于超快量子随机数发生器。
2025-01-06 physics.optics
Hybrid Trapping of Cold Atoms with Surface Forces and Blue-Detuned Evanescent Light on a Nanophotonic Waveguide
Humboldt Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
利用表面力和蓝移倏逝光在光子波导上实现冷原子的混合捕获，实现了长存储时间和高相干时间，为中性原子量子技术提供新机遇。
2025-09-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
On-Chip Spin-Orbit Controlled Excitation of Quantum Emitters Coupled to Hybrid Plasmonic Nanocircuits
复杂光子功能的片上实现对于平面集成纳米光子学的进一步发展至关重要，特别是当涉及量子发射器（QE）等非经典光源时。与QE集成的混合等离子体纳米电路由于显着提高QE发射速率和简化量子纳米光子组件的前景而引起了相当大的关注。亚波长尺度上的自旋-轨道相互作用在传统和量子纳米光子学中越来越多地被探索，以实现和利用自旋相关的光流动。在这里，我们提出并实现了一个介质加载等离子体纳米电路组成的非手性自旋轨道耦合器的泵辐射到分支QE集成波导的单向路由。我们在实验上证明了532 nm泵浦激光的圆偏振控制耦合到聚合物负载的分支波导，然后激发空间上分离的（距离约10 μm）QE，纳米金刚石，具有多个氮空位中心，嵌入并有效地耦合到相应的波导。耦合到分支波导的不同QE的片上自旋轨道控制激发的实现为设计利用手性量子纳米光子学内的自旋自由度的复杂量子等离子体纳米电路开辟了新的途径。
2020-04-16 physics.optics
Nanophotonic Filters and Integrated Networks in Flexible 2D Polymer Photonic Crystals
聚合物具有吸引人的光学、生物化学和机械性质，包括宽带透明性、易于功能化和生物相容性。然而，它们的低折射率已经排除了聚合物中的波长尺度光学限制和纳米光子应用。在这里，我们介绍了悬浮聚合物光子晶体（SPPC）架构，使纳米光子结构的实施通常限于高折射率材料。使用SPPC平台，我们展示了纳米光子带边滤波器，波导和纳米腔，其质量（$Q$）因素超过$2,300$和模式体积（$V_{mode}$）低于\textbf{$1.7(λ/n)^{3}$}。空前高的$Q/V_{mode}$比导致嵌入式发射器的辐射跃迁通过腔Purcell效应的光谱选择性增强，增强因子超过100。此外，SPPC架构允许直接集成纳米光子网络，这里通过具有亚纳米光谱分辨率的波导耦合腔降滤波器示出。聚合物中纳米尺度的光限域技术有望在光通信、有机光电子学和纳米光子聚合物传感器等领域获得新的应用。
2013-07-22 physics.optics
Realizing quantum controlled phase-flip gate through quantum dot in silicon slow-light photonic crystal waveguide
提出了一种在慢光硅光子晶体波导中通过单个量子点实现两个单光子之间受控相位门的方案。与腔辅助系统相比，增强的Purcell因子和β因子导致宽带频率上的高栅极保真度。这种硅光子晶体波导系统的良好物理集成为大规模量子信息处理提供了巨大的潜力。
2008-03-07 physics.optics
Enhanced optical nonlinearities in air-cladding silicon pedestal waveguides
光波导中的三阶非线性光学效应在光开关、光波长转换、光学频率梳产生和超快光信号处理等领域有着广泛的应用。因此，具有高非线性的集成波导平台的发展是非常重要的非线性集成光子学。在这里，我们报告的空气包层硅基座波导的非线性增强的观察。我们观察到增强的非线性光谱展宽相比，传统的绝缘体上硅波导。在中心波长为1555 nm处，空气包层硅基座波导的非线性折射率系数比传统的绝缘体上硅波导的非线性折射率系数大5%左右。我们观察到增强的光谱展宽从自相位调制的光脉冲在基座波导。光与基座结构中受限声学声子的相互作用产生较大的非线性折射率系数。实验结果与理论模型吻合较好。
2016-10-30 physics.optics
Silicon Nanoridge Array Waveguides for Nonlinear and Sensing Applications
本文提出一种深亚波长硅纳米脊阵列波导，兼具低传播损耗、增强的三阶非线性极化率和高环境灵敏度，适用于非线性光学与传感应用。
2015-06-18 physics.optics
Capacitively-Induced Free-Carrier Effects in Nanoscale Silicon Waveguides for Electro-Optic Modulation
我们在绝缘体上硅（SOI）晶片上制作硅波导，覆盖有二氧化硅，氮化硅或氧化铝，并通过测量环形谐振器的电光行为，我们表征了这些波导中的每一个的包层依赖性和电容诱导的自由载流子效应。通过比较我们的测量数据与模拟结果，我们确认，所观察到的电压依赖性的透射光谱是由于在半导体波导内的空穴和电子的浓度的变化，我们第一次显示如何强烈地依赖于这些影响的包层材料与硅波导接触。另外，发现波导损耗对所施加的电压具有特别高的灵敏度，并且因此可以在需要低损耗或高损耗传播的广泛应用中找到用途。总的来说，这些现象可能会被纳入更复杂的波导设计在未来创造高效率的电光调制器。
2015-08-22 physics.optics
Silicon graphene waveguide tunable broadband microwave photonics phase shifter
提出了一种基于集成环形腔的可调谐宽带微波光子移相器。数值计算结果表明，在40 GHz的带宽和全360度的射频相移与0.12伏的适度的电压漂移的宽带操作的可行性。
2013-12-26 physics.optics
