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
Simulation of silicon ridge waveguide enhanced two-photon absorption from femtosecond pulses
该研究通过二维FDTD仿真，模拟了50飞秒脉冲在硅脊形波导中的双光子吸收，发现模式限制显著增强了能量吸收。
2025-06-22 physics.optics
Tailorable Stimulated Brillouin Scattering in Nanoscale Silicon Waveguides
虽然纳米级模式限制从根本上增强了硅波导内的各种非线性光-物质相互作用，但在硅纳米光子学中从未观察到行波受激布里渊散射非线性。通过一类新的混合光子-声子波导，我们首次在纳米光子硅波导中展示了可剪裁的行波前向受激布里渊散射，产生比任何以前的波导系统强3000倍的前向SBS响应。模拟结果表明，电致伸缩力和辐射压力的相干组合是负责大大增强在纳米尺度上的光子-声子耦合。高度可定制的布里渊非线性是通过设计膜悬浮波导的结构来产生的，以通过高品质因数（>1000）声子模式产生从1到18 GHz的布里渊谐振。硅光子学中的这种宽带和可定制的受激布里渊散射可以通过使用标准半导体制造和CMOS技术来实现片上慢光器件、RF光子滤波和传感以及超窄带激光源的实际实现。
2013-01-30 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
Characterizing the effects of free carriers in fully-etched, dielectric-clad silicon waveguides
我们从理论上描述了自由载流子等离子体色散效应在完全蚀刻的硅波导，与各种电介质材料包层，由于固定和界面电荷在硅-电介质界面。用于这些电荷的值从沉积在硅衬底上的SiO2、SiNx和Al 2 O3薄膜的测量电容-电压（C-V）特性获得。然后使用半导体物理工具Silvaco结合时域有限差分（FDTD）方法求解器Lumerical计算电荷对硅波导特性的影响。我们的研究结果表明，除了作为电容驱动硅调制器等有源器件的分析中的一个关键因素，这种效果也应该考虑到无源硅波导的传播损耗时。
2015-04-13 physics.optics
Silicon Waveguides and Ring Resonators at 5.5 μm
我们展示了低损耗脊形波导和第一环形谐振器的中红外，波长范围从5.4到5.6 μm。使用电子束光刻在蓝宝石上硅材料系统上制造结构。波导损耗为4.0 +/- 0.7 dB/cm，Q值为3.0 k。
2010-08-17 physics.optics
Long-range coupling of silicon photonic waveguides using lateral leakage and adiabatic passage
提出了一种基于硅光子平台上薄浅脊波导绝热传输和侧向泄漏耦合的长程耦合新方法。该方法使得能够通过充当光学总线的硅板的模式在两个隔离波导之间传输光。由于绝热协议的性质，总线模式具有最小的人口和运输是高度鲁棒的。我们证明了这个概念，并使用严格的建模检查这种方法的鲁棒性。我们进一步证明了效用的方法，通过耦合两个波导之间的功率，同时绕过中间波导。这一概念可以形成硅集成光子芯片的新互连技术的基础。
2013-07-08 physics.optics
Brillouin spectroscopy of a hybrid silicon-chalcogenide waveguide with geometrical variations
光子-声子波导的设计和制造的最新进展已经使得能够在基于硅的平台（诸如欠蚀刻硅波导和混合波导）中实现受激布里渊散射（SBS）。由于复杂的设计和更重要的是，布里渊共振对微米和纳米尺度结构中的几何变化的高灵敏度，有必要获得沿着这些波导的局部光声响应，以监测它们的均匀性并最大化它们的相互作用强度。在这项工作中，我们设计和制造的光子-声子波导的混合硅-硫族化物光子芯片上的故意宽度变化，并确认使用分布式布里渊测量的局部布里渊响应的几何变化的效果。
2018-05-31 physics.optics
Photonic analog computing with integrated silicon waveguides
硅集成波导的光谱被定制以处理模拟计算（即，利用信号与系统理论，我们设计了几种硅集成器件来实现光子微分器和光学微分方程求解器。其基本原理是剪裁硅集成波导的光谱以满足模拟计算电路的要求。这些模拟光子集成电路在未来高速、低成本、小型化的计算系统中具有很好的应用前景。我们还计划在更复杂的计算模块中使用这些基本计算单元。
2014-09-09 physics.optics
Mode conversion enhancement between silicon micro-slab and plasmonic nano-gap waveguides
研究了一种短的（~1.5μm）部分波纹锥形波导结构，用于光通信频率下硅微平板与等离子体纳米间隙波导的模式耦合。超过80%的传输效率是第一次报道数字。结果表明，波纹波导结构不仅有助于实现全片上硅等离子体器件，而且是增强介质波导到等离子体波导模式耦合的一种很好的选择。同时，我们指出，这里报道的耦合机制是不同的，通过激发表面等离子体激元极化（SPPs）在金属表面的报道[17]和[18]。
2013-04-01 physics.optics
Octave-spanning supercontinuum generation in a silicon-rich nitride waveguide
实验研究了铒光纤激光器飞秒脉冲泵浦下，非化学计量比富硅氮化物波导中倍频程超连续谱的产生。脉冲能量和带宽与化学计量氮化硅波导中实现的结果相当，但我们的材料平台更易于制造。我们还观察到在同一波导中利用正交泵浦产生破波超连续谱。进一步的分析表明，波导高度是一个强大的调谐参数，用于产生中红外色散波，同时保持泵浦在电信波段。
2016-06-02 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
Correlated photon pair generation in low-loss double-stripe silicon nitride waveguides
我们演示了在符合与偶然比超过10的低损耗双条氮化硅波导中通过自发四波混频产生相关光子对。巧合与偶然的比率受到自发拉曼散射的限制，这可以通过未来的冷却来缓解。这表明，这种波导结构是一个潜在的平台，开发集成的量子光子芯片的量子信息处理。
2016-02-25 physics.optics
Silicon Nanophotonic Waveguides for the Mid-Infrared
最近已经表明，硅纳米光子波导可以用于在单个芯片上构造光子数据传输系统的所有组件。这些组件可以与CMOS电子器件集成在一起，以创建复杂的电子-光子集成电路。硅纳米尺度导向的高场限制也使令人兴奋的新应用成为可能，从芯片级非线性光学到生物传感器和光力激活设备。迄今为止，硅波导的大多数实验都是在近红外波长范围内进行的，范围从1.1-2微米。在这里，我们表明，单模硅纳米波导可用于中红外波长，特别是在4.5微米，或2222.2 1/cm。这个想法已经出现在理论文献中，但实验实现一直难以捉摸。这一结果代表了第一个实用的硅中红外集成波导系统，并实现了一系列新的应用。
2009-11-04 physics.optics
Stimulated emission in erbium doped silicon rich nitride waveguides
报道了在富硅氮化硅波导中敏化铒原子的受激发射。在掺铒富硅氮化硅波导中进行了可见光泵浦和红外探测测量。在铒发射的波长范围内的探针的光致吸收的减少被观察到，并归因于受激发射从铒原子激发间接通过在SiNx矩阵中的硅过剩。测量到吸收减少近50%，对应于8%的倒置铒原子分数。该分数比具有可观察到的纳米晶体的对应氧化物系统中获得的分数高一个数量级。我们的研究结果表明，在1.54 μ m的粒子数反转和增益可能通过优化SiNx矩阵中的硅过剩。
2009-09-25 physics.optics
Silicon nitride bent asymmetric coupled waveguides with partial Euler bends
该研究针对氮化硅平台提出融合部分 Euler 弯曲绝热过渡的弯曲非对称耦合波导，并用高精度数值方法分析其低辐射损耗与偏振选择设计。
2024-02-29 physics.optics
Finite element modeling of spontaneous emission of a quantum emitter at nanoscale proximity to plasmonic waveguides
我们发展了一种自洽有限元方法来研究等离子体波导在纳米尺度附近的自发发射。在该模型中，假设只有一个导模是由量子发射体主导激发的。利用这样一个主导模式假设，等离子体激元波导的截面可以是任意的。我们应用我们的数值方法来计算一个量子发射器的耦合到一个圆柱形纳米线和一个矩形波导，并比较圆柱形纳米线以前的工作有效的准静态近似。耦合到等离子体激元模式的能量的分数可以被精确地计算，其可以用于确定量子发射器的单个光学等离子体激元产生效率。对于金纳米线，我们观察到的协议与准静态近似的半径低于20 nm，但对于更大的半径的总衰减率高达10倍大。对于矩形波导，我们估计自发发射因子β的最佳值高达80%。
2009-09-26 physics.optics
Resonance-enhanced waveguide-coupled silicon-germanium detector
采用45 nm微电子绝缘体上硅工艺，研制了波长为1176.9 nm、响应度为0.55 $\pm$ 0.1 A/W的光电二极管。谐振波导光电探测器利用与高性能电子器件兼容的微电子器件内的硅锗（SiGe）中的载流子生成。在-4V偏压下，获得了5GHz的3dB带宽，暗电流小于20 pA。
2016-01-04 physics.optics
Electric field enhancement with plasmonic colloidal nanoantennas excited by a silicon nitride waveguide
我们研究了CMOS兼容的光学结构开发新型集成光谱系统的可行性。我们表明，利用等离子体纳米球的二聚体可以实现局部场增强，所述等离子体纳米球可以从CMOS兼容的光波导顶部的胶体溶液组装。共振二聚体纳米天线被激发的集成氮化硅波导中引导的模式。模拟结果表明，100倍的电场增强建立在二聚体间隙相比，波导倏逝场振幅在相同的位置。我们研究了场增强如何依赖于二聚体的位置，取向，距离和激发波导模式。
2016-02-16 physics.optics
Soliton Propagation with Cross Phase Modulation in Silicon Photonic Crystal Waveguides
采用非线性薛定谔分步傅立叶方法，数值计算了交叉相位调制是否能使硅慢光光子晶体波导中的时间孤子脉冲传播短于1毫米。模拟结果表明，由于光子晶体的高功率和短尺度，双光子吸收将导致光孤子脉冲是非常耗散的。然而，该模型表明，通过利用交叉相位调制，它是可能的，以维持在硅光子晶体波导内的双光子吸收在较长的相对距离的压缩孤子脉冲。
2013-02-18 physics.optics
Electric Field-Induced Second Order Nonlinear Optical Effects in Silicon Waveguides
对硅平台内的非线性效应以支持需要纯相位调制、倍频和/或差频生成的光子电路的需求正变得越来越清楚。然而，硅晶体的对称性抑制了二阶光学非线性极化率$χ^{(2)}$。在这里，我们表明，晶体对称性被打破时，直流电场是存在的，诱导一个$χ^{(2)}$在硅波导，这是成比例的大$χ^{(3)}$的硅。首先，马赫-曾德尔干涉仪使用的直流克尔效应的光移相器在硅脊波导与p-i-n结的演示与$2.4Vcm$的$V_πL$在电信波段$(λ_ω=1.58μm)$，而无需掺杂的硅芯。第二，当直流场和$χ^{(2)}$的大小、空间分布由p-i-n结控制时，硅脊波导中的泵浦模和二次谐波模准相位匹配。利用这些波导，在1 mm长的波导中，在$λ_ω=2.29μm$处观察到多个泵浦波长的二次谐波产生，最大效率为$P_{2ω}/P_ω^2$ =12%/W。这对应于场诱导的$χ^{(2)}=41pm/V$，与非中心对称介质（LiNbO 3、GaAs、GAN）相当。场致非线性硅光子学将导致一类新的CMOS兼容的集成器件，从近红外到中红外光谱。
2016-03-15 physics.optics
Pulse Evolution and Phase Sensitive Amplification in Silicon Waveguides
本文首次给出了在双光子吸收（TPA）和自由载流子作用下硅波导中高非线性脉冲传输和相敏放大的解析解。我们的分析结果清楚地解释了为什么以及如何TPA和自由载流子影响信号增益。数值模拟和实验结果证实了这些观察。
2014-07-19 physics.optics
Phase sensitive amplification in silicon photonic crystal waveguides
实验研究了基于泵浦简并四波混频的硅光子晶体波导中的相敏放大。在记录紧凑型196 μm纳米光子器件中，尽管存在双光子吸收和自由载流子，但由于宽带慢光的作用，获得了11 dB的相位消光比。数值计算结果与实验结果吻合较好。
2013-10-29 physics.optics
Vertical engineering for large stimulated Brillouin scattering in unreleased silicon-based waveguides
硅基波导中的强声光相互作用通常需要释放硅芯以避免机械泄漏到下面的二氧化硅衬底中。这使制造复杂化，限制了热化，降低了机械鲁棒性，并且阻碍了单个芯片上的大面积光机械器件。在这里，我们克服了这个限制，采用垂直光子-声子工程。具体地，在硅引导芯和二氧化硅衬底之间插入厚氮化硅层有助于减少GHz频率声子泄漏，从而在未释放平台中实现大的布里渊增益值。我们得到的值的布里渊增益约300（Wm）$^{-1}$为不同的配置，这可能会进一步增加在低温下的操作。这些值应该能够观察到厘米级波导或更紧凑的环形谐振器中的布里渊相关现象。这一发现为在硅片上实现大面积无释放腔和波导光机械铺平了道路。
2020-11-04 physics.optics
Observation of second-harmonic generation in silicon nitride waveguides through bulk nonlinearities
我们目前的实验结果上的观察来自自由空间和集成测量氮化硅的大块二阶非线性极化率。相位匹配通过波导横截面的色散工程实现，独立地揭示非线性极化率的多个分量，即X（2）yyy和X（2）xxy。此外，我们展示了如何产生的二次谐波信号可以通过施加偏置电压在氮化硅主动调谐。这里测量的非线性材料特性预计将允许在CMOS兼容的氮化硅波导中实际实现新的纳米光子器件，从而增加其在电信、数据通信和光信号处理应用中的可行性。
2016-04-28 physics.optics
Suspended silicon waveguides for long-wave infrared wavelengths
在本文中，我们报告悬浮硅波导工作在7.67毫米的波长与3.1的传播损耗？0.3 dB/cm。据我们所知，这是第一次在如此长的波长上展示低损耗硅波导，其损耗与使用更奇特材料的其他平台相当。悬浮的Si波导芯由亚波长光栅支撑，该亚波长光栅提供横向光学限制，同时还允许进入掩埋氧化物层，使得可以使用氢氟酸对其进行湿法蚀刻。我们还演示了低损耗波导弯曲和S-弯曲。
2017-12-19 physics.optics
Nanoscale Plasmonic Slot Waveguides for Enhanced Raman Spectroscopy
我们从理论上研究了几种类型的等离子体缝隙波导用于增强拉曼光谱中的测量信号，这是电场和Purcell因子增强的结果，以及光-物质相互作用体积和拉曼信号收集效率的增加。提出了一种直观的方法来计算累积的拉曼增强因子的一个合奏的分子在波导传感，利用分析光子格林函数展开的波导正常模式，我们结合这与量子光学形式主义的分子波导相互作用模型拉曼散射。我们随后展示了集成等离子体缝隙波导如何获得显著更高的拉曼增强因子：$\sim$ 5.3 $\times$与光流体光纤的比较以及$\sim$ 3.7 $\times$与平面集成电介质波导的比较，其中装置尺寸和因此分析物体积为至少三-我们还基于重要的品质因数提供了不同类型的等离子体缝隙波导之间的全面比较，并确定最佳方法以最大化拉曼增强。
2018-06-15 physics.optics
Reflective Arrayed Waveguide Grating with Sagnac Loop Reflectors in Silicon-on-Insulator with Gaussian Pass-band
本文报道了绝缘体上硅反射阵列波导光栅（R-AWG）的实验研究。该器件在阵列中的每个臂上采用一个Sagnac环形镜，内置1x 2输入/输出，50：50分光比，多模干涉耦合器，用于全反射。所获得的光谱响应进行比较，在同一模具中制造的常规AWG。
2014-03-30 physics.optics
Free-carrier driven spatio-temporal dynamics in amplifying silicon waveguides
本文从理论上研究了放大介质中硅波导中自由载流子诱导的连续波时空动力学。光的传播是由一个立方金-朗道方程耦合的常微分方程占自由载流子动力学。我们发现，由于自由载流子色散，连续波调制不稳定的异常和正常的色散制度和混沌产生不稳定的加速脉冲。
2014-01-20 physics.optics
LiNbO3 ridge waveguides realized by precision dicing on silicon for high efficiency second harmonic generation
在硅基片上制备了非线性周期极化脊形LiNbO_3光波导。元件雕刻只使用精密切割机，而不需要研磨或抛光步骤。它们在电信波长下显示出有效的二次谐波产生，在15 mm长的器件中归一化转换率达到204%/W。指出了制造工艺对波导几何非均匀性的影响。元件特性的研究，特别是他们的鲁棒性和可调性与温度。
2016-03-16 physics.optics
On-chip parametric amplification with 26.5~dB gain at telecommunication wavelengths using CMOS-compatible hydrogenated amorphous silicon waveguides
首次研究了氢化非晶硅光波导中的参量放大。本文报道了在电信波长上可达26.5dB的宽带开关放大。测得的非线性参数为770~ $\textrm{W}^{-1} \textrm{m}^{-1}$，非线性吸收为28~ $\textrm{W}^{-1} \textrm{m}^{-1}$，带隙为$1.61$ ~eV。
2011-02-04 physics.optics
Scattering of a plasmonic nanoantenna embedded in a silicon waveguide
集成在硅器件上的等离子体天线具有用于控制和路由光信号的巨大且尚未开发的潜力。在这里，我们提出了一个混合的硅金属系统，其中一个单一的金纳米天线嵌入在一个单模硅波导作为一个谐振驱动的过滤器的理论计算。由于散射和干扰，当满足天线的谐振条件时，在谐振频带中传输下降85%。首先，我们分析研究了传播模式和天线之间的相互作用，包括散射过程的辐射校正和波导壁的极化。其次，我们找到了最大相互作用的配置，并数值模拟了一个现实的硅波导中的纳米天线。数值计算表明，一个大的抑制传输和三倍以上的散射比吸收，随之而来的分析模型。我们提出的系统可以很容易地制造标准的硅和等离子体光刻方法，使其有希望作为真正的组件在未来的光电电路。
2015-05-08 physics.optics
Silicon Nitride Waveguides for Plasmon Optical Trapping and Sensing Applications
我们展示了一个氮化硅沟槽波导与蝴蝶结天线等离子体增强光捕获沉积。亚微米氮化硅沟槽波导的制作与传统的光学光刻在一个低成本的方式。波导不仅具有低传输损耗和高非线性的优点，而且具有微流通道和波导相结合的优点。包含在梯形沟槽通道中的分析物可以与来自下方波导的渐逝场相互作用。渐逝场可以通过等离子体纳米结构进一步增强。在金纳米蝴蝶结天线的帮助下，所研究的波导对10 nm聚苯乙烯纳米颗粒表现出出色的捕获能力。我们发现，蝴蝶结天线可以导致60倍的增强电场的天线间隙。纳米颗粒上的光捕获力提高了三个数量级。一个强烈的趋势表明，纳米粒子可能会移动到高场强区，表现出的天线的捕获能力。采用点偶极子假设计算了垂直方向的梯度力，解析解与全波模拟结果吻合较好。研究表明，纳米结构图案化的氮化硅沟槽波导适用于光捕获和纳米颗粒传感应用。
2015-09-14 physics.optics
Observations of four-wave mixing in slow-light silicon photonic crystal waveguides
在硅W1光子晶体波导中观察到四波混频。闲频转换效率的色散依赖性进行测量，并示出在表现出慢群速度的波长增强。观察到转换效率增加了12 dB。同时，观察到由于在慢光制度中的群速度色散的增加，在转换带宽的减少。实验观察到的转换效率与数值模拟结果一致。
2010-04-09 physics.optics
Hybrid vertical-cavity laser with lateral emission into a silicon waveguide
我们实验证明了一个光泵III-V/Si垂直腔激光器与横向发射到硅波导。这种片上混合激光器包括分布式布拉格反射器、III-V有源层和高对比度光栅反射器，其同时将光汇集到与激光器集成的波导中。该激光器具有长波长垂直腔面发射激光器的优点，如低阈值和高边模抑制比，同时允许与硅光子电路集成，并使用CMOS兼容工艺制造。它具有超过100 Gbit/s的超高速操作的潜力，并具有一种新颖的横模控制机制。
2014-11-10 physics.optics
Nanoscale Graphene Electro-Optic Modulators
对石墨烯的研究揭示了其独特的光学性质，包括与光的强耦合，高速操作和门可变光学电导率，这些都有望满足未来电光（EO）调制器的需求。特别是，最近的工作展示了一种基于石墨烯带间吸收的宽带电光调制器，其总长度仅为40μm。然而，与片上电子元件的尺寸相比，它仍然是笨重的。片上光学互连需要纳米尺度的EO调制。实现纳米石墨烯电光调制的关键是基于新型波导和平台大大增强光与石墨烯的相互作用。在此，我们提出了我们最近的探索石墨烯电光调制器的基础上，石墨烯夹在介电或等离子体波导。在适当的栅电压下，石墨烯的介电常数可以通过带内电子跃迁的作用被调节到很小，从而形成“石墨烯-缝隙波导”，极大地增强了吸收模式。基于小信号分析，在800 nm长的硅波导或120 nm长的等离子体波导内可以实现高达3dB的调制深度。它们具有纳米尺寸、小插入损耗、低功耗和潜在的高速性能等优点，并且与CMOS兼容。
2011-12-30 physics.optics
Anomalous optical coupling between two silicon wires of a slot waveguide in epsilon-near-zero metamaterials
提出并证明了嵌入ε-近零（ENZ）超材料的硅缝隙波导中两硅线之间的反常光耦合特性。详细研究了缝隙区域的光场增强和横向光力与缝隙尺寸和周围介质介电常数的关系。结果表明，由于硅线与ENZ超材料缝隙界面处的巨大折射率对比，缝隙区域的光场得到了显著增强，但硅线之间的光模耦合大大降低，横向光力被抑制到几乎为零.此外，设计了金属-介质多层结构，在缝隙区域实现ENZ超材料，以实现电场增强。
2013-08-27 physics.optics
A Polarization-insensitive and high-efficiency Schottky Photodetector integrated with a silicon ridge waveguide
我们提出了一种偏振不敏感和高效率的等离子体硅肖特基二极管，用于通过内部光电发射检测光通信波长范围内的子带隙光子。我们的光电二极管是基于一个混合等离子体硅波导。它有一个金膜覆盖的顶部和侧壁的介质硅波导与肖特基接触形成在金-硅界面。详细介绍了一个广泛的物理模型，并应用于计算和分析我们的探测器的性能。通过与仅顶部接触金的二极管相比，在我们的光电探测器中，侧壁覆盖金的响应度的偏振灵敏度大大降低。在1.2-1.5 μm的宽波长范围内，对两种偏振态的响应度都高得多。此外，肖特基接触只有4 μm长，导致非常小的暗电流。我们的设计是非常有前途的实际应用中的高密度硅光子集成。
2013-11-08 physics.optics
Experimental Measurement of Enhanced Group Delay Silicon Photonic Waveguides Indicative of the Frozen Mode Regime Around the Stationary Inflection Point
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）；University of Dayton（代顿大学）；UES, a BlueHalo company（UES（BlueHalo旗下公司））
本研究通过实验测量展示了硅光子波导在冻结模式区域的增强群延迟特性，并分析了模型扰动对测量结果的影响。
2025-12-18 physics.optics
Transverse spin and spin-orbit coupling in silicon waveguides
由于电场的纵向分量是不可忽略的，所以倏逝波和紧密限制的传播波表现出显著的横向自旋密度。在这项工作中，我们通过数值模拟获得的基本导模的电场分量的两个波导中通常用于硅光子学：带和槽波导。我们得到的横向和纵向场分量之间的关系，横向自旋密度和其他重要的参数，如所谓的贝林凡特自旋动量密度的纵向分量。通过在局部圆极化的区域中不对称地放置圆极化的点状偶极子源，通过自旋轨道耦合单向地激发导模。与支持表面等离子体激元的金属板相比，硅波导的多模行为导致每个导模的不同自旋-轨道耦合特性。我们的研究结果可能会在硅光子器件，集成量子光学和偏振操纵在纳米尺度上的应用。
2015-10-06 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
Coherent Tunneling by Adiabatic Passage in Silicon Nitride based Integrated Waveguide Structures
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；International Quantum Academy（国际量子学院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）
本文提出了一种基于硅氮化物基集成波导结构的相干隧穿通过绝热传递方法，实现了高效光路由和传输，同时提升了CTAP的效率和灵活性。
2025-12-10 physics.optics
The Design for a Nanoscale Single-Photon Spin Splitter
本文提出利用布拉格调制圆柱波导中光的有效自旋-轨道相互作用，有效地分离单光子发射器发射的自旋向上和自旋向下的光子。由于波导中光子阻带的自旋和方向依赖性，沿波导轴的负（正）方向上的自旋上（下）光子传播被阻挡，而相同的光子在相反方向上自由传播。
2018-02-10 physics.optics
Optical absorption in graphene integrated on silicon waveguides
为了充分利用石墨烯卓越的光学特性用于光电应用，需要将其集成到平面光子系统中。在这里，我们展示了集成的石墨烯硅光子电路和精确测量的光吸收系数的石墨烯/波导混合结构。采用马赫-曾德尔干涉法测量了波导的吸收系数，当石墨烯直接位于波导顶部时，吸收系数的最大值为0.2dB/μm。结果与利用石墨烯普遍的交流导电性的理论模型一致。本文的工作为集成石墨烯光电子器件的设计和优化提供了重要的指导。
2012-05-17 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。
2017-01-20 physics.optics
Efficient light coupling from integrated single-mode waveguides to supercollimating photonic crystals on silicon-on-insulator platforms
我们提出了一个实用和有效的解决方案，从集成单模波导的光耦合到超准直平面光子晶体在传统的绝缘体上的硅平台。该装置由一个脊形波导，设计用于维持空间扩展的单模和匹配的超准直光子晶体，这已被截断在其边界，以提高两个光子组件之间的阻抗匹配。三维模拟显示，在接近1.55微米的波长下，传输效率高达96%，反射率低于0.2%。这种方法构成了光子芯片上的超准直结构的集成的重要一步。
2008-01-14 physics.optics
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
Analysis of silicon nitride partial Euler waveguide bends
在这项工作中，我们提出了一个详细的分析，在氮化硅部分欧拉弯曲在850 nm的波长的个别损失机制。这种结构优化了通过小半径光波导弯曲的传输。部分欧拉弯曲几何形状平衡了从直波导模式到弯曲波导模式的过渡所引起的损耗以及弯曲波导模式的辐射损耗。数值分析的45度弯曲通常采用S形弯曲配置，以创建横向偏移，以及90度和180度弯曲。此外，在氮化硅光子平台上制造了90度部分欧拉弯曲，以实验补充理论研究结果。优化的波导弯曲允许减小的有效半径而不增加总弯曲损耗，并且因此实现光子集成电路中的更高组件密度。
2019-10-16 physics.optics
Broadband, stable and highly coherent supercontinuum generation at telecommunication wavelengths in an hydrogenated amorphous silicon waveguide
氢化非晶硅（a：Si-H）是一种高度非线性的CMOS兼容光子平台。实验研究了在a-Si：H光子线波导中，利用能量小于5 pJ的飞秒脉冲，在通信波长下产生了跨度超过500 nm的超连续谱。数值模拟的脉冲在波导中的传播，实验特征的色散分布的基础上，表明超连续谱是孤子分裂和色散波产生的结果。结果表明，SC是高度相干的，并且在飞秒脉冲照射下，波导不会遭受材料退化。最后，在c-Si和a-Si：H波导中SC产生的直接比较证实了a-Si：H在电信波长处用于宽带低功率SC产生的性能高于c-Si。
2014-10-21 physics.optics
Complex modes in optical fibers and silicon waveguides
在固定频率下，开口光波导中的一般波场是有限个导模与辐射模的积分之和。大多数关于开放式无损耗介质波导的研究都涉及规则导模，这些导模被限制在波导芯周围，具有真实的传播常数，并且沿着波导轴传播而没有衰减。然而，即使波导由无损各向同性介质材料组成，也可能存在具有复传播常数的导模，并且它们是所谓的复模。复模是限制在波导芯周围的固有模，不同于漏模，漏模在横截面上具有发散的波场。对于具有不连续性和缺陷的波导，复模可以被激发，并且必须包括在本征模展开中。然而，现有的研究开放无损介质波导中的复模式是非常有限的。本文考虑圆光纤和硅波导，研究了复模的形成机理，并计算了每种波导中几种复模的色散关系。对于圆形光纤，我们还确定了复杂模式存在的最小折射率比。该研究填补了光波导理论的空白，为实现复模的潜在应用奠定了基础。
2021-06-22 physics.optics
