Low mode volume slotted photonic crystal single nanobeam cavity
我们提出并实验证明了一个开槽的光子晶体单纳米梁腔在硅。槽的几何形状被用来实现超小的有效模体积，~0.025（λ/n）^3，比传统的纳米梁腔小一个数量级以上。一个连续的槽和锥形光子晶体的设计实现了实验品质因数接近10^4。这种器件结构为实现增强的光-物质相互作用提供了一个独特的平台，并可用于各种应用，包括非线性光学，腔量子电动力学，传感，光学调制和纳米光学机械。
2012-06-29 physics.optics
Ultra-high-Q nanobeam cavity design in Diamond
提出了一种新颖的三角形截面纳米梁设计。这种设计使得实现具有改进的光学特性的纳米腔成为可能。通过三维时域有限差分法（FDTD）计算，研究了金刚石腔体的品质因数Q和模体积Vm与腔体几何参数空间的关系。我们预测了一个超高Q腔，Q值为\aprox 2.51 \times 10 ^6，Vm=1.06 \times（λ/n）^3。模式优先辐射是向上的。讨论了潜在应用的影响。所提出的纳米梁使得腔体的制造能够不依赖于先前大多数方法中所需的预先存在的独立金刚石膜。
2010-12-25 physics.optics
Tailoring Topological Edge States with Photonic Crystal Nanobeam Cavities
光子系统中拓扑边态的实现为以新颖的方式操纵光提供了前所未有的机会。Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型最近获得了极大的关注，并已在广泛的光子平台中被利用来创建TES。提出了一种基于SSH光子晶体纳米梁腔的光子拓扑绝缘体策略。与基于一维晶格中交替调谐耦合强度的传统光子SSH方案相比，我们的方案提供了更高的灵活性，并允许通过以二维方式操纵模式耦合来定制TES。我们发现，建议的孔阵列为基础的纳米梁在介电膜可以选择性地定制单或双TES在电信领域通过控制相邻的SSH纳米梁在垂直和水平方向上的耦合强度。我们的发现提供了一个深入的理解SSH模型，并允许在利用SSH模型的集成拓扑光子器件具有独特的属性和功能的额外的自由度。
2020-06-27 physics.optics
Electromechanical tuning of vertically-coupled photonic crystal nanobeams
我们提出了一个可调的一维（1D）光子晶体腔（PCC）的设计，制作和表征蚀刻在两个垂直耦合的GaAs纳米梁。介绍了一种防止它们在毛细力作用下粘附的新的制造方法。我们讨论了一种设计，以增加结构的灵活性，我们证明了一个大的可逆和可控的机电波长调谐（> 15 nm）的腔模式。
2012-06-26 physics.optics
Efficient side-coupling to photonic crystal nanobeam cavities via state-space overlap
我们提出了通过调整物理空间和k空间中的PCN腔模和馈电总线波导的重叠来实现与低阶谐振有效耦合的侧耦合光子晶体纳米束（PCN）腔的设计指南。我们表明，最佳的侧耦合配置功能在非零的k矢量偏移之间的总线波导和PCN腔模式。具有高对比度共振的侧耦合PCN的简单设计为其在复用的片上光子器件中的实际实现打开了大门。
2018-12-20 physics.optics
High Quality factor photonic crystal nanobeam cavities
我们研究了硅基高品质因数光子晶体纳米梁腔的设计、制备和实验特性。采用五孔锥形一维光子晶体反射镜，通过精确控制腔长，设计出了理论品质因数高达1400万的腔。通过检测垂直入射激光束的交叉偏振共振散射光，我们测量了近750，000的品质因数。模拟了腔体尺寸对模式频率和品质因数的影响，并进行了实验验证。
2009-02-05 physics.optics
Optimized design of a Silica encapsulated photonic crystal nanobeam cavity for integrated Silicon-based nonlinear and quantum photonics
光子谐振器允许将电磁场限制在超小体积中并且具有长的衰减时间，对于许多需要增强非线性效应的应用是至关重要的。对于片上集成光子器件的应用，紧凑性和优化的面内传输也成为相关的品质因数。在这里，我们优化封装的Si/SiO $_2$光子晶体纳米梁腔在电信波长的全局优化程序，其中只有前几个孔周围的腔是不同的，以减少其辐射损耗。该策略允许在具有约$8~μ$ m $^2$的创纪录小覆盖区的结构中实现接近1000万的固有品质因数、子衍射极限模式体积和高于65\%的面内透射。我们的地址和定量评估的主要数字的品质对纳米梁长度和制造混乱的依赖。最后，我们从理论上给出了这种器件的单光子非线性的实际估计，这为低功耗非线性和量子光子学的前瞻性实验提供了希望。
2019-10-23 physics.optics
Observation of nonlinear thermal optical dynamics in a chalcogenide nanobeam cavity
我们提出了一个理论和实验分析的非线性热光效应悬硫系玻璃纳米梁腔。我们测量了在调制光输入下腔的功率相关的共振峰，并计算了腔的动态非线性热光响应。几个不同的非线性特性，包括修改后的光谱响应包含周期性条纹，一个临界波长跳变和饱和时间延迟调制频率快于热特征时间。我们发现，耦合到一个寄生的法布里-珀罗腔，使隔离的热平衡状态，导致在不连续的热光临界点。
2016-02-08 physics.optics
Observation of Transparency of Erbium-doped Silicon nitride in photonic crystal nanobeam cavities
在掺铒非晶氮化硅层中制备了一维纳米梁光子晶体腔。在低温和室温下，在不同的光抽运功率下，研究了1.54 μ m左右腔体的光致发光。共振器表明珀塞尔增强吸收和发射率，也证实了时间分辨测量。共振线宽随抽运功率的增加而变窄，表明吸收漂白和材料在5.5 K和室温下的受激发射开始。我们估计从腔线宽，Er已被泵浦到透明的腔谐振波长。
2010-03-09 physics.optics
Design of nanobeam photonic crystal resonators for a silicon-on-lithium-niobate platform
我们设计了一个硅/铌酸锂混合材料系统的光子晶体谐振器。利用硅和锂酸盐之间的折射率对比，可以在键合在锂酸盐顶部上的硅薄膜中引导和限制光子共振。在光波长标度模体积下，可实现大于$10^6$的品质因数。我们表明，在这样的系统上图案化电极可以产生0.6 GHz/V（4 pm/V）的电光耦合率。
2016-04-19 physics.optics
Multimode Nanobeam Photonic Crystal Cavities for Purcell Enhanced Quantum Dot Emission
本文设计并演示了 GaAs 光子晶体纳米梁腔，通过增大量子点与刻蚀侧壁的距离抑制光谱展宽，在几何约束导致的多模传播条件下实现品质因子约 10^3 的共振，为 Purcell 增强单光子发射提供新途径。
2025-07-18 physics.optics
Dynamically Reconfigurable Photonic Crystal Nanobeam Cavities
波长尺度、高Q因子的光子晶体腔已经成为光信号的芯片上操作的选择平台，其应用范围从低功率光信号处理和腔量子电动力学到生物化学传感。然而，这些应用中的许多应用受到制造公差和不能精确控制制造结构的谐振波长的限制。已经探索了用于制造后波长修整和动态波长控制的各种技术-使用例如热效应、自由载流子注入、低温气体冷凝和浸入流体中。然而，这些方法通常受到小调谐范围、高功耗或不能连续或可逆地调谐的限制。在这封信中，通过结合纳米机电系统（NEMS）和纳米光子学，我们展示了可重构的光子晶体纳米梁腔，可以连续和动态地调整使用静电力。在小于6 V的外部偏置和可忽略的稳态功耗下，调谐范围可达~10 nm。
2009-09-11 physics.optics
Transverse Magnetic Mode Laser in Photonic Crystal Nanobeam Cavity
我们首次在室温下用光子晶体（PhC）平板结构实现了横磁（TM）模激光。这项研究提出了一种光子晶体纳米梁（NB）腔，以支持高品质因数（Q因子）TM模式。对于大且完整的光子带隙，PhC NB结构由厚电介质板中的大空气孔组成。通过从中心到边缘二次减小空气孔的半径，对PhC NB腔进行了数值优化，以获得超过1，000，000的高Q因子TM模式。在室温下，通过光脉冲泵浦，在InGaAsP量子阱（QW）嵌入优化的PhC NB腔结构中观察到了单一TM模激光作用，其中QW层被轻微蚀刻。我们相信，TM模式激光器在PhC NB腔与轻度蚀刻量子阱可以作为一个很好的候选人的表面等离子体激元激发源或高灵敏度的光学传感器。
2022-12-21 physics.optics
Strong optomechanical interactions in a sliced photonic crystal nanobeam
腔光学机械系统可用于机械运动的灵敏检测和控制机械谐振器，直到量子水平。光学和机械自由度相互作用的强度由光子-声子耦合率$g_0$定义，该耦合率在纳米级系统中特别大。在这里，我们展示了一个光学机械系统的基础上切片光子晶体纳米梁，结合了亚波长的光学限制与低质量的机械模式。分析运动的转换和辐射压力的影响，我们发现耦合率$g_0$ /2π = 11.5 MHz，超过以前报道的值的数量级。使用这种相互作用，我们检测谐振器的运动与噪声不精确度低于在标准的量子极限，即使该系统具有小于$10^3$的光学和机械品质因数。宽的带宽是有用的应用在微型传感器，并为基于测量的控制谐振器的运动状态。
2015-05-02 physics.optics
Multiplexed long-range electrohydrodynamic transport and nano-optical trapping with cascaded bowtie photonic crystal nanobeams
从理论上研究了具有蝴蝶结缺陷的光子晶体腔，该腔具有超高Q值和超低模体积，可用于低功率纳米级光捕获。通过利用蝴蝶结区域附近的水层的局部加热，结合施加的交流电场，该系统通过切换输入波长按需提供具有30 $\mathrm{μm/s}$的平均速度的颗粒向蝴蝶结区域的长距离电流体动力学运输。一旦传输到给定的蝴蝶结区域，光学梯度和吸引性负热泳力的协同相互作用使用mW输入功率将10 nm量子点稳定地捕获在深度为10 $k_\mathrm{B}T$的势阱中。
2022-04-13 physics.optics
Strong optomechanical coupling in a slotted photonic crystal nanobeam cavity with an ultrahigh quality factor-to-mode volume ratio
我们描述了一个一维硅光子晶体腔的设计，制造和表征，在该腔中，中心槽用于增强高度局部化的光学和机械模式之间的重叠。光学模式具有0.017 $(λ_{vac}/n)^3$的极小模式体积，并且测量到310 kHz的光机械真空耦合率。随着光学品质因数高达$1.2 \cdot 10^5$，制造的设备是在解析边带制度。电场在槽壁处具有其最大值，并且耦合到槽的面内呼吸运动。因此，光机耦合主要由移动边界效应，我们模拟为6倍以上的光弹性效应，在大多数结构，其中的光弹性效应往往是主要的耦合机制。
2016-06-08 physics.optics
Photonic Crystal Nanobeam Cavity Strongly Coupled to the Feeding Waveguide
提出并实验验证了一种确定性设计的波长尺度模体积光子晶体纳米梁腔。利用这种方法，设计了Q>10^6和谐振透射率T>90%的腔。在Si中制造并用低折射率聚合物覆盖的器件具有Q= 80，000和T= 73%。据我们所知，这是在确定性设计的波长尺度高Q腔中测得的最高透射率。
2010-02-07 physics.optics quant-ph
Off-resonant coupling between a single quantum dot and a nanobeam photonic crystal cavity
我们演示了单个量子点和纳米梁光子晶体腔之间的非共振耦合，在量子点或腔的共振激发下。这些结果是一致的非共振耦合作为一个非相干声子介导的过程与以前的描述。这种现象的扩展到纳米束光子晶体腔提出了有趣的可能性，通过定制的声子态密度的相干控制这种相互作用。
2011-10-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Lasing from a Quantum-Dot-Like Buried Heterostructure in an InP Nanobeam Cavity
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics, Technical University of Denmark（纳米光子学中心）
研究报道了在InP纳米光子晶体波导中，尺寸为(107nm)^2的埋藏异质结实现激光，探讨了异质结尺寸对激光阈值的影响，展示了量子点尺度埋藏异质结作为纳米光子激光确定性可扩展增益介质的潜力。
2026-07-15 physics.optics
Camera detection and modal fingerprinting of photonic crystal nanobeam resonances
我们在模拟和实验中证明，在光子晶体纳米梁（PCN）腔的谐振模式的面外，远场散射轮廓可以用来识别谐振模式的顺序。通过用红外相机检测共振散射光，可以实验测量光学共振模式与k空间的泄漏区域之间的重叠。与泄漏区域的模式阶数相关的重叠使得能够使用共振散射作为“指纹”，通过该“指纹”，可以经由远场中的检测来识别纳米光子结构中的共振模式。通过选择性地观察PCN腔区域附近的发射，可以在空间上隔离器件的谐振散射分布，并且可以显著降低由传输线中的其他元件引入的信号噪声，从而提高谐振检测的信噪比（SNR）。这项工作表明，在面外散射测量面内传输测量的SNR增加约19 dB。这里展示的能力可以应用于改善具有模式依赖性空间场分布的纳米光子器件的特性，并增强这些器件在各种应用中的实用性。
2019-03-14 physics.optics
Deterministic design of wavelength scale, ultra-high Q photonic crystal nanobeam cavities
光子晶体纳米束腔是光通信，光学力学，光流体学，腔QED等多功能平台的兴趣在以前的工作\cite{quan10}，我们提出了一种确定性的方法来实现可编程\emph{Q}腔。这一后续工作提供了系统的分析和确定性的设计配方的验证，并进一步扩展到空气模式腔的讨论。我们演示了$Q>10^9$的介电模和空气模腔的设计，以及高\emph{Q}（$>10^7$）和高谐振传输（$T>95%$）的腔。
2011-08-12 physics.optics quant-ph
Photonic crystal nanobeam cavities with optical resonances around 800 nm
我们报道了一维光子晶体（PhC）纳米束腔的设计和制造，其光学谐振波长约为800 nm，与铷，铯或氩原子跃迁兼容。腔由磷化铟镓（InGaP）材料制成，InGaP是一种III-V族半导体化合物，其具有大的折射率（$n \simeq 3.3$），有利于强光学限制和小模体积。设计并制作了具有纵向耦合和侧向耦合的纳米梁谐振腔，并测量了高达$2\times 10^4$的品质因数。
2019-03-12 physics.app-ph physics.optics
Dispersive coupling and optimization of femtogram L3-nanobeam optomechanical cavities
设计了一个用于光机研究的飞秒级L3纳米束光子晶体腔。通过在硅光子晶体板中放置三个空气槽来创建两个对称的纳米梁，其中去除三个孔。光学品质因数（Q）优化到52，000。纳米梁的机械频率高于600 MHz，这是由于它们的飞秒有效模态质量。光学和机械模式以超过200 kHz的真空光机械耦合率g 0/2 pi色散耦合。对于具有理想对称梁的结构，差分梁模式的锚固损失限制机械Q值估计大于10，000。空气缝的宽度和位置的变化的影响进行了研究。该器件可用作质量、力和位移的超灵敏传感器。
2012-06-03 physics.optics
Free-standing silicon nitride nanobeams with efficient fiber-chip interface for cavity QED
我们提出了高品质因数氮化硅纳米梁光子晶体腔的设计，制造和表征在可见光波长耦合到金刚石色心的腔QED系统。我们展示了器件的品质因数约为24;000周围的锗空位中心的零声子线。我们还提出了一个有效的光纤到波导耦合平台悬浮纳米光子学。通过轻轻地改变相应的有效折射率在光纤波导接口，我们实现了约96%的效率在腔谐振。
2020-06-24 physics.app-ph physics.optics
Generating Fano Resonances in a single-waveguide nanobeam cavity for efficient electro-optical modulation
我们提出了一种在独立的硅纳米梁腔中产生Fano谐振的方法，该方法消除了意外的侧耦合总线波导的不便，并为开发超紧凑和超快速的电光调制器提供了新的机会。利用横向电模式之间的空分复用操作原理，在同一硅沟道中同时产生尖锐谐振模式和高效平坦背景模式，以实现高效Fano谐振。用数值和解析方法研究了非对称谱线的形状，并在λ =1.55μm附近的近红外波段进行了实验验证，当λ =56 μ m波长失谐时，第一腔模的消光比约为17 dB（Q因子Q=34000），并且对于第二腔模式（Q=5600），对于Δ λ =366 pm失谐，消光比高于23 dB。它们的消光比具有类似Q因子的洛伦兹对应物大10~15 dB。提出了基于等离子体色散效应的硅Fano调制，估计其能量消耗低至几个fJ/bit。Fano谐振腔方案为低功耗硅光调制器提供了巨大的潜力，并为Fano谐振光调制方案的优点提供了新的见解。
2018-07-11 physics.optics
A systematic design approach for one-dimensional and crossed photonic nanobeam cavities for quantum dot integration
Institute for Photonic Quantum Systems (PhoQS), Center for Optoelectronics and Photonics Paderborn (CeOPP) and Department of Physics, Paderborn University（帕德博恩大学光子量子系统研究所、光电与光子学帕德博恩中心及物理系）
本文提出了一种系统化方法，用于设计一维及交叉光子纳米束腔，通过优化晶格周期性、空气孔几何和腔体长度，实现对光学束缚的精确控制并减少辐射损失，为量子点集成提供了高效优化路径。
2026-03-16 physics.optics quant-ph
Low-loss Tunable 1-D ITO-slot Photonic Crystal Nanobeam Cavity
可调谐光学材料的特性使得在多功能超材料和包括光源和调制器的光子组件中的新应用成为可能。透明导电氧化物（TCO）能够通过改变它们的自由载流子浓度以及因此的等离子体色散来利用所施加的偏压高度调谐它们的光学性质。TCO材料氧化铟锡（ITO）表现出单位强折射率变化和ε近零行为。然而，通过这种调谐，源自基本Kramers-Kronig关系的相应的高光学损耗导致低腔精细度。然而，在不使用固有损耗的光物质相互作用增强技术（例如极化子模式）的情况下在ITO腔中实现高效调谐是一个挑战。在这里，我们讨论了一种新型的一维光子晶体纳米梁腔，以提供一个腔系统，提供广泛的谐振调谐范围，同时保持物理紧凑的足迹。我们表明，一个垂直的硅槽波导纳入主动门控ITO层提供~3.4 nm的调谐。通过部署分布式反馈，我们能够通过调整保持Q因子适度高。将其与来自光子（非等离子体激元）槽波导的亚衍射极限模体积（0.1（λ/2n）3）相结合，促进了超过一千的高Purcell因子。这种强烈的光-物质相互作用表明，减少腔的模体积比减少衍射限制的模腔（例如来自块状Si 3 N4的模腔）中的损耗更重要。这些可调谐腔使得未来的调制器和光源（诸如可调谐激光器）成为可能。
2017-11-08 physics.optics
Fabrication of Triangular Nanobeam Waveguide Networks in Bulk diamond Using Single-Crystal Silicon Hard Masks
提出了一种利用体样品的三角形刻蚀在单晶金刚石中实现集成光子网络的可扩展方法。我们描述了具有低模体积（Vm=1.062x（λ/n）^3）的高品质因数（Q= 2.51 × 10^6）光子晶体腔的设计，这些腔通过由悬挂结构支撑的波导连接，预计传输损耗仅为0.05 dB。我们证明了这些结构的制造，使用转移单晶硅硬掩模和角干法蚀刻，产生光子晶体腔在可见光谱与测量的品质因数超过Q= 3 × 103。
2014-11-13 physics.optics
Rectangular Photonic Crystal Nanobeam Cavities in Bulk Diamond
我们演示了在金刚石块体中制备具有矩形截面的光子晶体纳米梁腔。在模拟中，这些腔具有超过100万的无载品质因数（Q）。测量的腔共振显示，在NV中心637 nm处的零声子线的1 nm范围内，光谱仪限制的品质因数大于14，000的基模。我们发现高腔产量在整个钻石芯片与确定性的谐振趋势，在整个制造的参数扫描。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.atom-ph
High-Q, low index-contrast polymeric photonic crystal nanobeam cavities
我们提出了高\emph{Q}（\emph{Q} = 36，000）聚合物光子晶体纳米梁腔的设计，制造和表征由两种聚合物制成，具有超低折射率对比度（比率=1.15）和观察到的热光双稳态在百微瓦功率水平。由于扩展的倏逝场和小的模体积，聚合物纳米梁腔是用于超灵敏生化传感的理想平台。我们证明，这些传感器的品质因数（FOM=9190）两个数量级大于表面等离子体共振传感器，并优于商业Biacore $^{\mathrm{TM}}$传感器。在低折射率对比度聚合物中的高Q腔的展示可以使用广泛的功能和柔性聚合物材料开辟多方面的应用。
2011-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Nanobeam Laser Cavities with High Quality-factor and Near-Unity Outcoupling Efficiency
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；DTU Electro（DTU电气工程系）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics（纳米光子学中心）
提出一种带鳍片的一维光子晶体纳米束腔设计，通过基于准正则模一阶微扰理论的优化算法提升品质因子，并利用镜面不对称实现单向波导耦合，获得高提取效率（>90%）和高Q值（>10^3）。
2026-06-16 physics.optics
Triangular nanobeam photonic cavities in single crystal diamond
钻石光子学为探索室温腔量子电动力学和实现可扩展的多量子位计算提供了一种有吸引力的体系结构。本文综述了金刚石光子技术的研究现状。设计、制造和表征了一种在单晶金刚石中产生的新型三角形截面纳米梁腔。基于三角形截面的本发明的腔设计允许垂直限制和比基于板的纳米腔更好的信号收集效率，并且消除了对预先存在的膜的需要。纳米梁是由聚焦离子束（FIB）图案化。该腔的特征是共焦光致发光。这些模式的品质因数为Q ~220，并且在波长上偏离NV色心零声子线（ZPL）仅~1.7nm。测量结果与三维时域有限差分法（FDTD）计算结果吻合较好。一个更先进的腔设计与Q= 22，000的建模，显示了高Q值的实现使用三角形腔设计的潜力。讨论了这一概念及其在自旋非破坏测量和量子计算中的应用前景。
2011-01-07 physics.optics quant-ph
Room-temperature Continuous-wave Lasing from Monolayer Molybdenum Ditelluride with a Silicon Nanobeam Cavity
单层过渡金属二硫属化物（TMD）提供了最有效的光学增益材料，并有可能使纳米激光器具有最小的增益介质和最低的能量消耗。但是基于TMD的激光演示到目前为止仅限于低温。在这里，我们展示了第一个室温下的激光操作在红外波长从一个单层的硅光子晶体纳米束腔的二碲化钼。我们的演示是通过一个独特的选择TMD材料与硅吸收以下的发射波长，结合高Q腔设计的硅纳米梁。在1132 nm的激光表现出在室温下泵浦的连续波激光，阈值密度为6.6 W/cm 2。0.202 nm的室温线宽是最窄的，相应的Q值为5603，这是TMD激光器观察到的最大值。该演示确立了TMD作为实用的纳米激光材料。硅结构为重要红外波长中的硅兼容纳米光子应用提供了额外的益处。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Parity-Time Symmetry Breaking in Coupled Nanobeam Cavities
研究了耦合纳米束腔系统中的宇称-时间对称（PT对称）破缺现象。一个例外的点，观察到在调整的增益/损耗和耦合强度的关系的紧密放置的纳米梁对。PT对称性概念可以应用于实现单向光传播和单模操作激光器，这可能允许在光子集成电路中利用光信号的新方法。另外，在这一特殊的异常点上工作，与传统的传感器相比，微扰动检测的灵敏度可以大大提高。
2015-11-27 physics.optics
Electrostatically tunable optomechanical "zipper" cavity laser
利用双钳位光子晶体纳米梁构成了一个可调谐的纳米“拉链”激光腔。脉冲，室温下，光泵激光作用在1.3微米的波长观察腔中形成的薄膜含有InAsP/GaInAsP量子阱。金属电极被沉积在纳米梁的端部上以允许微机电致动。实验表明，静电调谐和调制激光波长的速率分别为0.25nm/V^2和频率高达6.7MHz。
2010-06-28 physics.optics
Triply Resonant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Unconditional Photon Blockade
Department of Physics, University of Washington（华盛顿大学物理系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Washington（华盛顿大学电气与计算机工程系）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；CUNY Graduate Center（纽约市立大学研究生中心）；Department of Physics, University of Massachusetts, Dartmouth（麻省大学达特茅斯分校物理系）；Center for Scientific Computing and Data Science Research, University of Massachusetts, Dartmouth（麻省大学达特茅斯分校科学计算与数据科学研究中心）
研究三重共振纳米束谐振腔在硅光子平台上实现无条件光子阻塞的可行性，通过高Q值和有效模式体积实现单光子非线性效应。
2026-03-20 physics.optics quant-ph
Integration of diamond nanobeams with SnVs on Al2O3 waveguides for scalable quantum photonic chip application
Fujitsu Limited（富士通有限公司）；Research Center for Advanced Science and Technology, University of Tokyo（东京大学先进科学技术研究中心）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文通过双层制造工艺，将含SnV色心的金刚石纳米梁与Al2O3波导集成，实现了光学耦合，并观察到导出的SnV-发射，展示了可扩展的集成方法。
2026-06-18 physics.optics quant-ph
Deterministic positioning of colloidal quantum dots on silicon nitride nanobeam cavities
设计一个精确定位的腔耦合有源介质阵列是混合集成光子学领域的一个重大实验挑战。我们确定性的位置解决方案处理胶体量子点（QD）的高品质因数氮化硅纳米梁腔，并证明光物质耦合。通过在包覆在聚合物抗蚀剂中的封装腔的顶部上光刻地限定窗口，并且旋涂QD溶液，我们可以精确地控制QD的放置，其随后耦合到腔。我们发现，耦合到腔的量子点的数量可以控制的窗口的大小。此外，我们证明在这个量子点腔平台的Purcell增强和饱和光致发光。最后，我们确定性地将量子点放置在光子分子上，并观察到量子点耦合腔的超模。我们的研究结果铺平了道路，通过工程的窗口大小和量子点尺寸控制耦合到一个腔的量子点的数量，并将允许在腔增强单光子发射，超低功率非线性光学，量子多体模拟与相互作用的光子的先进研究。
2018-07-08 physics.optics quant-ph
A picogram and nanometer scale photonic crystal opto-mechanical cavity
我们描述的设计，制造和测量的腔光机械系统组成的两个纳米梁的氮化硅在彼此的近场，形成一个所谓的“拉链”腔。将光子晶体图案化应用于纳米梁，以将光学能和机械能局部化到相同的1/2微米尺度体积。结构的微克级质量，以及强大的每光子光学梯度力，导致巨大的光学弹簧效应。此外，一种新的阻尼制度的探索，其中小的热容量的拉链腔的结果在蓝失谐光机械阻尼。
2008-12-16 physics.optics
Optimizing the quality factor of InP nanobeam cavities using atomic layer deposition
本文提出利用 Al$_2$O$_3$ 原子层沉积钝化 InP 纳米梁腔表面，将品质因子最高提升 140%，并可通过沉积厚度无损调谐谐振波长。
2023-12-10 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear frequency conversion using high quality modes in GaAs nanobeam cavities
我们展示了（111）-GaAs中纳米束光子晶体腔的设计、制造和表征，该腔具有多个高品质因数模式，具有大的频率间隔（在实验中高达740 nm，即，1.5倍，理论上高达八度）。这种结构对于非线性频率转换的有效实现是至关重要的。在这里，我们使用它们来演示从1300 nm和1950 nm到780 nm的和频产生。这些波长对于金刚石中的Si空位中心和光纤网络之间的量子频率转换特别感兴趣。
2014-07-05 physics.optics
Single-Photon Nonlinearity from a Nanobeam with a Quantum Dot
University of Maryland（马里兰大学）；Naval Research Laboratory（海军研究实验室）
本研究报道了纳米束腔与量子点耦合实现的单光子非线性，具有高效光纤耦合（60%）和低阈值（0.24光子/脉冲），为可扩展光子量子技术提供了紧凑芯片集成方案。
2026-09-30 physics.optics quant-ph
Design and Focused Ion Beam Fabrication of Single Crystal Diamond Nanobeam Cavities
我们提出了在单晶金刚石中设计和制备纳米束光子晶体腔，用于腔量子电动力学。首先，我们描述了一个高品质因数（Q ~ 10^6）和小模体积（V ~ 0.5（λ/n）^3）器件的三维时域有限差分模拟，该器件的腔共振对应于金刚石中氮空位色心的零声子跃迁（637 nm）。这种高Q/V结构，这将允许强的光-物质相互作用，是通过在纳米梁的缺陷中心和反射镜区域之间逐渐减小光子晶体孔的尺寸来实现的。接下来，我们展示了两种不同的聚焦离子束（FIB）制造策略，以产生薄金刚石膜和纳米束光子晶体谐振器从散装晶体。这些方法包括金刚石晶体的“侧磨”程序以及TEM样品制备中使用的“剥离”技术的应用。最后，我们讨论了FIB制造程序的某些方面，这是一个挑战，实现高Q/V设计。
2010-10-11 physics.optics quant-ph
1D photonic crystal direct bandgap GeSn-on-insulator laser
GeSn合金被认为是一种潜在的互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容光源的激光材料。尽管取得了显著进展，但迄今为止报道的所有GeSn激光器都具有较大的器件尺寸和有源区，这阻碍了实现以低功耗运行的密集集成片上激光器。在这里，我们提出了一个一维光子晶体（PC）纳米梁与7 $μm^2$的一个非常小的设备足迹和一个紧凑的有效面积约1.2 $μm^2$的高品质的GeSn-on-insulator（GeSnOI）衬底。我们还报告说，在我们的无应变纳米束激光器的改进的直接性导致较低的阈值密度和较高的工作温度相比，压缩应变的同行。无应变纳米束激光器的阈值密度在4 K时为~18.2 kW cm $^{ -2}$，这显著低于未释放的纳米束激光器的阈值密度（在4 K时为~38.4 kW cm $^{ -2}$）。无应变纳米梁装置中的激光持续到90 K，而未释放的纳米梁显示出在70 K的温度下激光的淬灭。我们的演示为开发具有高密度集成和低功耗的实用IV组光源提供了一条新途径。
2021-11-01 physics.app-ph physics.optics
Slot-mode-coupled optomechanical crystals
我们提出了一种腔光学机械系统的设计方法和分析，在该系统中，纳米梁谐振器的局部GHz频率机械模式与单独的纳米梁光学腔的高品质因数（Q>10^6）光学模式倏逝耦合。使用单独的纳米梁提供了灵活性，使系统的光学和机械的独立设计和优化成为可能。此外，小间隙（约。25 nm）引起了槽模效应，其使得能够实现大的零点光机械耦合强度，其中在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi> 300 kHz，并且在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi约为300 kHz。在1550 nm处，在Si系统中为900 kHz。在SiN中可以实现与GHz机械振荡器的大耦合强度的事实是重要的，因为这种材料具有宽的光学透明窗口，这允许在整个可见光和近红外范围内操作。作为该平台的应用，我们考虑1300 nm和980 nm之间的宽带光频率转换，使用两个光学纳米束腔耦合在机械纳米束谐振器的呼吸模式的两侧。
2012-07-20 physics.optics
High-efficiency degenerate four wave-mixing in triply resonant nanobeam cavities
我们证明了三重共振克尔$χ^(3)$光子晶体（PhC）纳米梁腔中的高效率，简并四波混频。利用时间耦合模理论和非线性时域有限差分（FDTD）模拟相结合的方法，研究了共振四波混频过程的非线性动力学，并证明了在低功率下观察到与泵浦光的$\approx 100$ %耗尽相对应的高效率极限环和稳态转换的可能性，甚至包括由于损耗、自相位调制和交叉相位调制的影响，以及不完美的频率匹配。假设操作在电信范围内，我们预测接近完美的量子效率在合理的低$\sim$ 50毫瓦的输入功率在硅微米级腔。
2013-11-16 physics.optics
Si$_3$N$_4$ nanobeam optomechanical crystals
综述了Si $_3$ N $_4$纳米束光机械晶体的研究进展。这些结构由350 nm厚、700 nm宽的双钳位Si $_3$ N $_4$纳米梁组成，该纳米梁被周期性地图案化有引入缺陷区域的空气孔阵列。周期性图案化同时产生用于980 nm波段光子的光子带隙和用于4 GHz声子的声子带隙，其中缺陷区域用于将光学和机械模式共定位在它们各自的带隙内。这些光学和机械模式以耦合率$g_{0}/2π\approx$ 100 kHz色散地相互作用，其描述了由于机械模式的零点运动而引起的腔模式光学频率的偏移。通过与机械模式的相互作用产生的光学边带位于光学腔线宽之外，使得该系统能够在需要边带分辨操作的应用中使用。随着审查的基本设备的设计，制造和测量程序，我们提出了新的结果，改善光学品质因数（高达$4\times10^5$），通过优化光刻，HF酸表面处理后的设备的测量，和温度依赖的测量机械阻尼之间的6~K和300~K。测量高达$\approx2.6\times10^{13}$ Hz的频率-机械品质因数乘积$\left(f{\times}Q_m\right)$。
2014-12-04 physics.optics
Deterministic coupling of delta-doped NV centers to a nanobeam photonic crystal cavity
金刚石中带负电荷的氮空位中心（NV）作为固态量子信息处理和传感的平台引起了人们极大的兴趣。对于大多数应用，需要高质量的光学腔来增强NV零声子线（ZPL）发射。最大化NV-腔耦合程度的一个突出挑战是在腔内确定性地放置NV。在这里，我们报告的光子晶体纳米梁腔耦合到通过三角掺杂技术，允许纳米级的垂直定位的发射器的NV纳入。我们证明了腔Q高达~24,000和模式体积V ~ $0.47(λ/n)^{3}$以及共振增强的零PL的NV合奏与珀塞尔因子为~20。我们的制造技术提供了第一步确定性NV腔耦合使用空间控制的发射器。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optomechanical zipper cavity lasers: theoretical analysis of tuning range and stability
提出了一种波长可调谐的半导体激光器结构设计。该系统是基于一个一维的光子晶体腔组成的两个图案化的，双钳位纳米梁，也被称为“拉链”腔。拉链腔相对于纳米梁之间的间隙是高度分散的，其中存在极强的辐射压力。提出了用光学和电学方法控制拉链腔波长的方案。调谐范围高达75纳米的标称设计波长为1.3微米。考虑了机械柔顺激光器结构对热噪声的敏感性，发现以光学或电弹簧形式的辐射压力的动态反作用可用于稳定激光器频率。在GaAs材料中嵌入自组装InAs量子点，制备了拉链腔激光器结构，并测量了拉链腔模式的光致发光谱。
2009-12-22 physics.optics
Fabrication and characterization of high quality factor silicon nitride nanobeam cavities
Si 3 N4由于其宽的带隙和适度大的折射率（n $\approx$ 2.0）而成为在可见波长下应用纳米光子学的优良材料。我们在腔QED系统中制作了Si 3 N4光子晶体纳米束腔，并对其进行了表征。纳米束腔的共焦显微光致发光分析表明，品质因数高达Q ~ 55，000，这是有限的，我们的光谱仪的分辨率。我们还展示了粗调谐腔谐振在600- 700纳米范围内的光刻缩放制造设备的大小。在这个重要的波长范围内，这比以前的SiNx腔有一个数量级的改进。
2010-10-29 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Nanophotonic cavity based synapse for scalable photonic neural networks
神经网络的带宽和能量需求激发了人们对开发新型神经形态硬件（包括光子集成电路）的极大兴趣。虽然光波导可以容纳数百个太赫兹带宽的信道，但光子系统的信道数总是由其中的器件来检查。在基于WDM的光子神经网络中，突触（即网络互连）通常由微谐振器（MRR）实现，其中WDM信道计数（N）由MRR的自由光谱范围限定。对于典型的Si MRR，我们估计在C带内N <= 30。这不仅限制了神经网络的总吞吐量，而且使具有高输入维度的应用不可行。我们的实验表明，光子晶体纳米梁的突触可以在C波段FSR自由，消除了对信道计数的约束。这增加了数据吞吐量，并支持具有高维输入的应用程序，如自然语言处理和高分辨率图像处理。此外，与MRR相比，光子晶体纳米束腔的较小物理覆盖区提供了更高的调谐能量效率和更高的计算密度。因此，基于纳米光子腔的突触为实现高度可扩展的光子神经网络提供了一条途径。
2022-02-28 physics.optics
Photonic crystal cavities based on suspended yttrium iron garnet nanobeams
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）
研究报道了利用聚焦离子束铣削制备并表征了基于悬空光子晶体纳米梁的钇铁石榴石腔，展示了纳米级图案化在悬空结构中的重要进展。
2025-10-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Optimized optomechanical crystal cavity with acoustic radiation shield
我们提出了一个光机械晶体纳米梁腔的设计，结合有限元模拟与数值优化，并考虑了移动介质边界和光弹效应所产生的光机械耦合。应用这种方法得到的纳米梁实验实现的固有光学Q因子为1.2x10^6，机械频率为5.1GHz，机械Q因子为6.8x10^5（T=10K），零点运动光机耦合率为g=1.1MHz。
2012-06-11 physics.optics quant-ph
Multiply resonant high quality photonic crystal nanocavities
我们提出并实验证明了一个光子晶体纳米腔与多个谐振，可以几乎独立调谐。该设计由两个正交相交的纳米梁腔组成。在实验上，我们测量腔品质因数为6,600和1000的共振分离382 nm，我们测量的最大分离506 nm的共振之间。这些结构在非线性光学过程如和频/差频和受激拉曼散射中具有很好的应用前景。
2011-06-29 physics.optics
