Thin chalcogenide capillaries as efficient waveguides in the mid-IR - THz spectral range
我们提出硫系玻璃As 2Se 3毛细管作为中红外和太赫兹光谱范围内的有效波导。使用双坩埚玻璃拉制技术制造毛细管。玻璃毛细管的壁厚在拉伸过程中得到适当的设计和控制，我们能够生产不同壁厚的毛细管，从12 \mum到130 \mum。这种毛细管在整个目标波长区域中显示出低损耗特性。在中红外范围内，制导由菲涅耳反射和反制导机制（ARROW）控制，而在太赫兹光谱范围内，薄壁毛细管通过全内反射进行制导。
2011-12-21 physics.optics
Chalcogenide-glass polarization-maintaining photonic crystal fiber for mid-infrared supercontinuum generation
本文报道了一种由硫系玻璃制成的高双折射保偏光子晶体光纤（PM-PCF）的设计和制备，及其在中红外线偏振超连续谱（SC）产生中的应用。PM光纤使用铸造方法从As 38 Se 62玻璃拉制，其特征在于透射窗口为2至10 $μm$，高非线性指数为1.13.10 $^{-17}$ m $^{2}$ W $^{-1}$。其具有约4.5 $μm$的零色散波长，并且在该波长处，预期6.10 $^{-4}$的大双折射和因此强的偏振保持特性。使用这种光纤，我们实验证明了超连续谱产生跨度从3.1 - 6.02 $μm$和3.33 - 5.78 $μm$使用飞秒泵浦在4 $μm$和4.53 $μm$，分别。我们进一步研究了超连续谱带宽与输入泵浦偏振角的关系，并与基于两个耦合的广义非线性薛定谔方程的双偏振模型的数值模拟结果吻合得很好。
2019-05-14 physics.optics
Ultra-broadband mid-infrared emission from Pr$^{3+}$/Dy$^{3+}$ co-doped selenide-chalcogenide glass fiber spectrally shaped by varying the pumping arrangement
在这方面的贡献，从Pr 3 +/Dy 3+共掺硒化物-硫族化物多模光纤样品的光致发光的综合实验研究进行了讨论。使用常规熔融淬火制备共掺杂有500 ppm的Pr 3+离子和500 ppm的Dy 3+离子的硒化物-硫族化物多模光纤样品。研究的主要目的是分析抽运波长的选择对输出光谱形状的影响。为此，使用在1320 nm、1511 nm和1700 nm波长下工作的泵浦激光器在一端照射Pr 3 +/Dy 3+共掺杂的硒化物-硫族化物多模光纤样品。结果表明，Pr ~（3+）/Dy ~（3+）离子共掺的硒-硫系多模光纤的光致发光波长范围为2000 ~ 6000 nm。还表明，通过改变泵浦源的输出功率和波长，可以修改所发射的发光的光谱形状，以减少或增强特定波长带内的辐射的贡献。研究结果表明，Pr 3 +/Dy 3+共掺硒-硫多模光纤是实现中红外波段宽带自发发射光纤光源的理想材料。
2021-04-28 physics.optics
Chalcogenide optical parametric oscillator
我们研制了第一个基于硫系玻璃的光学参量振荡器。参量增益介质是涂有聚合物层的As 2Se 3硫属化物微丝。双谐振OPO在λP = 1552 nm处同时产生Stokes和反Stokes波长偏移>50 nm的振荡。该振荡器的峰值功率阈值为21.6 dBm，转换效率> 19%。该OPO实验提供了硫属化物微丝技术的额外应用;并且考虑到As 2Se 3玻璃在中红外（中IR）波长中延伸的透明度，该设备有望利用电信波长区域中的现有光源实现中IR OPO。
2012-03-14 physics.optics
Local tuning of photonic crystal cavities using chalcogenide glasses
我们展示了一种方法，局部改变平面光学器件的折射率，通过光暗化的薄硫系玻璃层沉积在设备的顶部。该方法被用来调谐的GaAs基光子晶体腔的共振高达3 nm，在940 nm，只有5%的腔品质因数恶化。该方法在光子器件的后期制作调谐中具有广泛的应用。
2007-11-09 physics.optics quant-ph
Ultrafast Laser Inscription of High Performance Mid-Infrared Waveguides in Chalcogenide Glass
本文介绍了用超快激光刻蚀技术在硫系玻璃中实现中红外光波导。我们的方法是基于多芯波导，其中包括在一个正折射率通道放置在彼此平行的网格上的对齐。两种不同的网格进行了研究，不同的折射率之间的通道和玻璃基质的对比。在4.5 $μ$ m的波长的性能的详细分析表明，0.20 $\pm$ 0.05 dB/cm的传播损耗和耦合效率高于60%。
2019-08-09 physics.app-ph physics.optics
Fabrication and characterization of femtosecond laser written waveguides in chalcogenide glass
作者描述了使用聚焦飞秒激光脉冲在高度非线性硫系玻璃镓镧硫化物中制造掩埋波导。通过对波导的光学表征，他们提出了一种形成机制，并与以前的工作进行了比较。在波导的形成过程中，调谐被认为是主要的非线性吸收机制。在633 nm的单模制导已被证明。最小传输损耗为1.47 dB/cm的写入参数为0.36 μ J的脉冲能量和50 μ m/s的扫描速度。
2021-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Extreme nonlinear optical enhancement in chalcogenide glass fibers with deep-subwavelength metallic nanowires
提出了一种硫系金属纳米光纤。这种混合型纳米线嵌入了一个周期性的三角形深亚波长金属纳米线阵列，以蝴蝶结的形式设置。我们的模拟表明，所提出的纳米结构光纤支持引导集体等离子体激元模式，使亚波长场约束和极端的非线性光-物质相互作用，比可比直径的裸硫属化物纳米线大得多。这都是用小于3%体积的金属含量实现的。
2011-03-23 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Spectroscopy of vanadium (III) doped gallium lanthanum sulphide chalcogenide glass
钒掺杂的镓镧硫化物玻璃（V：GLS）显示三个吸收带在580，730和1155 nm的光致发光激发测量确定。宽的光致发光，与500 nm的半高宽（FWHM），观察到峰值在1500 nm时，激发在514，808和1064 nm。在300 K下测得荧光寿命和量子效率分别为33.4 μ s和4%。根据光谱数据，我们推测钒离子的价态为3+，并以四面体配位。结果表明，基于V：GLS的激光器或光放大器具有发展潜力。
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Role of ion migrations and structural reorganisations in femtosecond laser direct-written chalcogenide glass waveguides
首次解释了飞秒激光在镓镧硫化物（GLS）玻璃中直写正折射率波导的形成。拉曼光谱和电子探针显微分析（EPMA），分别提出了结构变化和离子迁移的证据。二维拉曼光谱图揭示了GaS 4主带对称振动的峰位移和半峰全宽变化。玻色子带的2D图首次被成功地用于识别和理解高折射率玻璃波导中的材料致密化分布。最后，EPMA提供了由于硫的离子迁移的证据和阴离子（S 2-）迁移引起的材料改性的观察也是第一次报告。
2018-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A study of MIR photoluminescence from Pr$^{3+}$ doped chalcogenide fibers pumped at near-infrared wavelengths
我们进行了数值分析的中红外光致发光的近红外波长泵浦的镨（III）掺杂硫系硒化物玻璃发射。结果表明，用1480 nm和1595 nm激光二极管都能实现有效的能级反转。当在1480 nm和1595 nm泵浦时获得的自发发射速率与使用2040 nm的标准泵浦波长获得的速率相当。
2021-04-27 physics.optics
Chalcogenide Glass-on-Graphene Photonics
二维（2-D）材料由于其跨越光发射、调制、可饱和吸收和非线性光学的奇异光学特性而引起集成光子学的极大兴趣。为了利用它们的光学特性，这些原子级薄的材料通常通过转移过程附着在预制器件上。在本文中，我们提出了一种新的路线，二维材料集成与平面光子学。这种方法的核心是使用硫族化物玻璃，这是一种多功能材料，可以直接在各种2-D材料上沉积和图案化，并且可以同时用作2-D材料的光导介质、栅极电介质和钝化层。除了声称与传统转移工艺相比提高了制造产量和吞吐量外，我们的技术还实现了非常规多层器件几何形状的优化设计，用于增强2-D层中的光-物质相互作用。利用这种简单的集成方法，我们展示了一系列高性能的石墨烯上玻璃器件，包括超宽带片上偏振器，节能热光开关，以及基于石墨烯的中红外（中红外）波导集成光电探测器和调制器。
2017-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Waveguide-Integrated Mid-Infrared Photodetection using Graphene on a Scalable Chalcogenide Glass Platform
紧凑型和可现场应用的中红外（mid-IR）光谱设备的发展代表了从气体泄漏检测到环境监测的分布式传感的关键挑战。最近的工作集中在中红外光子集成电路（PIC）传感平台和波导集成的中红外光源和探测器的基础上的半导体，如碲化铅，黑磷和碲。然而，材料带隙和对SiO $_2$衬底的依赖性将操作限制在波长$λ\lesssim4\,μ\textrm{m}$。在这里，我们克服了这些挑战与硫族玻璃上的CaF $_2$ PIC架构，结合分裂栅光电热电石墨烯光电探测器。我们的设计扩展到$λ=5.2\,μ\textrm{m}$的约翰逊噪声限制噪声等效功率为$1.1\,\mathrm{nW}/\mathrm{Hz}^{1/2}$，光响应没有下降到$f = 1\,\mathrm{MHz}$，预测的3 dB带宽为$f_{3\textrm{dB}}>1\,\mathrm{GHz}$。该中红外PIC平台易于扩展到更长的波长，并为从分布式气体传感和便携式双梳光谱到耐候自由空间光通信的应用打开了大门。
2021-12-29 physics.app-ph physics.optics
Chalcogenide glass planar MIR couplers for future chip based Bracewell interferometers
光子集成电路由于其紧凑性、高集成度、低损耗和稳定性而被确立为许多天文处理功能的选择技术。温度控制、机械振动和声学噪声对于这样的设备变得可控，使得能够进行比体光学器件实际上可以考虑的复杂得多的处理。迄今为止，这些好处主要集中在1550 nm左右的波长，但在重要的中红外区域，标准光子芯片强烈吸收光。硫系玻璃是众所周知的，他们的透明度超过10000 nm，和第一个结果耦合器设备打算用于干涉调零器外行星观测中红外L波段（3800-4200 nm）在这里显示，合适的性能可以获得理论和实验上的第一个制造的设备在4000 nm下工作。
2016-08-15 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.optics
All chalcogenide Raman parametric Laser, Wavelength Converter and Amplifier in a Single Microwire
紧凑、高能效和光纤兼容的激光器、波长转换器和放大器是未来光纤系统和网络的重要组成部分。非线性光学效应，如拉曼散射和参量四波混频，提供了一种实现这种器件的方法。在这里，我们使用一个单一的硫属化物微丝实现的设备，提供的功能的斯托克斯拉曼参量激光器，四波混频反斯托克斯波长转换器，和超宽带斯托克斯/反斯托克斯拉曼放大器或超连续谱发生器。该器件的工作依赖于拉曼和克尔增益（比石英光纤大五个数量级）、精确设计的色散和硫属化物微丝的高光敏性。拉曼参量激光器在52 \muW（207 mW）的创纪录低阈值平均（峰值）泵浦功率和> 2%的斜率效率下工作。通过非线性四波混频过程产生了强反斯托克斯信号。作为放大器或宽带源，当在1550 nm的波长下泵浦时，该器件覆盖>330 nm（47 THz）的波长（频率）范围。由于该装置的基本操作原理是非线性光学过程，因此预期该装置在硫属化物玻璃的整个透射窗口（λ~1 × 10 \mum）上操作。
2013-07-31 physics.optics
Photosensitive chalcogenide metasurfaces supporting bound states in the continuum
我们研究，理论和实验，可调超颖表面支持尖锐的Fano共振的启发下，在连续的光学束缚态。我们探索使用三硫化二砷（一种光敏硫属玻璃）具有光学性能，可以在制造后阶段通过光吸收进行微调。我们选择对应于低于三硫化二砷带隙的能量的超颖表面的共振波长，并且通过暴露于高于带隙的能量的光来实验性地控制共振光谱位置。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
PCM-net: A refractive index database of chalcogenide phase change materials for tunable nanophotonic device modelling
最近，硫族化物玻璃基相变材料（PCM）已经显示出作为一系列纳米光子器件的调谐材料的实用性。由于它们的低损耗、超快切换速度和宽波段操作，PCM被集成在越来越多的下一代可调谐组件中，包括集成光子开关、超表面光学器件和可调谐光谱滤波器。尽管如此，基于PCM的设备的建模是具有挑战性的，无论是在不同相态的实验衍生材料特性的准确表示，以及整个研究界的结果的标准化。在这项工作中，我们介绍了PCMnet，一个在线数据库的各种硫系玻璃PCM（如GeSbTe）的复折射率，作为一个可访问的和索引存储库的PCM社区的数据共享。非晶态和晶态之间的折射率（n）和消光系数（k）直接从大量学术研究文章中的实验数据中提取，并整理到材料资源数据库中。由于与我们的数据收集方法相关的不准确性，该数据补充了通过WVASE（一种商业椭圆偏振分析软件包）获得的其他计算生成的数据。为了证明PCMnet的实用性，我们提供了一个NASA应用程序驱动的设备优化的例子，使用我们的数据库收集的PCM的光学特性。我们预计，该数据库为PCM社区提供了很大的用途，PCMnet支持的协调研究工作将促进共享存储库，用于为一系列应用选择合适的PCM，用于可调纳米光子器件设计。
2020-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Half-wave plate based on a birefringent metamaterial in the visible range
在本文中，一个半波片（HWP）的双折射超材料的基础上进行了数值设计，工作在可见光范围内。提出的结构包括一个阵列的双模式垂直矩形孔（RAA）雕刻到不透明的银膜沉积在玻璃基板上。其中一个孔是玻璃填充的。该板的工作原理是基于每个孔内的一个导模的激发和传播，但具有不同的有效折射率。在输出侧，获得相位差，其值主要取决于金属厚度。我们已经研究了最简单的配置，使用自制的代码的基础上的时域有限差分法设计的半板与优化的效率，导致超过$60\%$的透射系数连同双折射$2.1$在737 nm的工作波长。这种各向异性超颖表面在集成光子学中有着广泛的应用前景。
2020-10-12 physics.comp-ph physics.optics
All-dielectric phase-change reconfigurable metasurface
我们利用非易失性，非晶-结晶转变的硫族化物相变介质锗锑碲化物（GST），实现光开关，全介电超材料。纳米结构，亚波长厚度的GST薄膜呈现高质量的共振，其通过激光诱导的结构转变而发生光谱偏移，在设计选择的可见/近红外波长处提供高达5：1（7 dB）的反射率和透射切换对比度。
2016-08-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Subwavelength optical spatial solitons and three-dimensional localization in disordered ferroelectrics: towards metamaterials of nonlinear origin
我们预测在非平衡铁电晶体中存在一类新的多维光局域化。在二维中，无衍射光束以任意低功率水平形成，并且即使当它们的宽度远低于光波长时也能传播。在三维空间中，人们发现了一种新型的亚波长光弹，当成分无序的晶体进入亚稳态玻璃态时，这种效应就会显现出来，它可以对超分辨成像和超密度光存储产生深远的影响，同时类似于所谓的超材料的许多特性，如抑制倏逝波。
2011-02-24 cond-mat.dis-nn physics.optics
Phase diagram for the transition from photonic crystals to dielectric metamaterials
光子晶体和超材料代表了两种看似不同的人工电磁介质，但它们通常由以周期性晶格排列的类似结构元件组成。重要的问题是如何区分这两种类型的周期性光子结构的参数，如介电常数和晶格间距，连续变化。在这里，我们讨论之间的过渡光子晶体和全介质的超材料，并介绍了一个相图和序参量的概念，这种结构的材料，基于米氏和布拉格共振的物理。我们表明，一个周期性的光子结构转换成超材料时，米氏间隙打开低于最低的布拉格带隙的均匀化方法可以证明和有效的磁导率变为负值。我们的理论方法证实了详细的微波实验组成的一个正方形晶格的玻璃管充满热水的亚晶。这种分析产生了对周期性光子结构的性质的深入了解，它也提供了一个有用的工具，用于设计不同类别的电磁材料在广泛的参数范围。
2015-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multi-functional Metasurface: Visibly and RF Transparent, NIR Control and Low Thermal Emissivity
超材料技术的快速发展使得迄今为止尚未实现的波-物质相互作用的工程化成为可能，并且使得功能性对于能量节约和射频（RF）通信领域中的主要挑战具有潜在的深远影响。我们提出了一种可见和RF透明的复合超颖表面，该表面利用具有高NIR控制和低热发射率的介电金属光谱选择性涂层，从而实现了能够提高5G通信效率并表现出节能特性的多功能超颖表面。所提出的超玻璃在30 GHz下产生92%的峰值RF透射率，与普通玻璃和低发射玻璃基板相比，其对应于20%和90%的增强。该超玻璃在$λ=550 nm$下具有86%的峰值光学透明度，$>$具有60%的近红外反射，$>$具有80%的中红外反射，这对应于$\approx$ 0.2的热发射率。所提出的元表面设计是高度灵活的，并且由于其频率可伸缩性，可以被调谐以在不同的频率范围内操作。与基于氧化铟锡（ITO）的低发射玻璃相比，这项研究提供了一种更好的替代方案，使用地球丰富的材料，同时提高了5G通信的效率，适用于紧急智能/节能建筑/城市和自动交通应用的窗口系统。
2021-01-15 physics.app-ph physics.optics
Toward accurate thermal modeling of phase change material based photonic devices
可重构或可编程的光子器件正在迅速发展，并已成为许多光学系统的组成部分。通过电刺激选择性地调制电磁波的能力在从数据通信和计算设备到环境科学和空间探索的各种应用的进步中是至关重要的。硫系相变材料由于其不同固态结构相之间的光学对比度大，是可重构光子学最有前途的候选材料之一。虽然大量的努力已经致力于精确模拟PCM为基础的设备，在本文中，我们强调了三个重要的方面，往往回避以前的模型，但有显着的影响，这些设备的热和相变行为：熔化焓，玻璃化转变时的热容变化，以及液相PCM的热导率。我们进一步研究了PCM器件中的开关能量缩放的重要主题，这也有助于解释为什么上述三种效应在电子PCM存储器中长期被忽视，但只在光子学中变得重要。我们的研究结果提供了见解，以促进基于PCM的光子器件的准确建模，并可以通知更有效的可重构光学的发展。
2023-05-23 physics.app-ph physics.optics
Broadly-tunable smart glazing using an ultra-thin phase-change material
对于许多应用，在宽波长范围内控制固态膜的光学性质的方法是高度期望的，并且可能具有显著的商业影响。其中一个应用是智能玻璃技术，需要在冬季收集近红外太阳辐射并在夏季反射它-对于具有固定热和光学特性的材料来说是不可能的。在这里，我们通过实验展示了一种智能窗口，它使用含有GeTe的薄膜涂层，GeTe是一种双稳态的基于硫属化物的相变材料，可以调制近红外吸收，同时保持中性着色和可见光波长的恒定透射。我们还展示了吸收的近红外能量到远红外辐射的受控下转换，远红外辐射可用于加热建筑物的内部，并表明这些薄膜也可用作低辐射涂层，减少建筑物与其外部环境之间的全年热传递。最后，我们展示了快速，亚毫秒开关使用透明的电加热器集成在玻璃基板上。这些综合特性导致智能窗户高效，经济实惠，美观-这三个方面对于成功采用绿色技术至关重要。
2019-11-14 physics.app-ph physics.optics
