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
Single crystal diamond nanobeam waveguide optomechanics
光机械装置灵敏地利用光来激发和致动纳米机械结构的运动。单晶金刚石有望提高光机械器件的性能，同时也为纳米机械与金刚石色心自旋和相关量子技术的接口提供了机会。在这里，我们展示了耗散波导-光机耦合超过35 GHz/nm的金刚石纳米梁支持光波导模式和机械谐振，并使用这种光机耦合测量纳米梁位移的灵敏度$9.5$ FM/ $\sqrt{\text{Hz}}$和光学带宽$>150$ nm。纳米梁是由体光学级单晶金刚石使用可扩展的底切蚀刻工艺制造的，并且在室温下支持具有品质因子$2.5 \times 10^5$的机械共振，并且在低温条件（5 K）下支持具有品质因子$7.2 \times 10^5$的机械共振。机械自振荡，光热效应和光学机械效应之间的相互作用，观察到超过200 nm的振幅为子$μ$ W吸收的光功率，表现出潜在的光学机械激发和操纵的金刚石纳米机械结构。
2015-04-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Coupled photonic crystal nanobeam cavities
我们描述了耦合的高品质（Q）因子硅纳米梁光子晶体腔的设计、制造和光谱学。我们表明，单纳米束腔模式耦合成偶数和奇数叠加模式，我们模拟了频率和Q因子作为纳米束间距的函数，表明两种模式之间的差分波长偏移70 nm是可能的，同时保持Q因子大于10^6。对于衬底上和独立的纳米梁，我们实验监测的响应，甚至模式的间隙是变化的，并测量Q因子高达200，000。
2009-05-01 physics.optics
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
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
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
High-Q aluminum nitride photonic crystal nanobeam cavities
我们在氮化铝（AlN）光子晶体纳米梁腔中展示了高的光学品质因数。采用自保护释放工艺在绝缘体上AlN衬底上制备了悬浮AlN光子晶体纳米梁。采用一维光子晶体腔耦合到集成光路，我们测量的品质因数高达146000。通过改变波导腔耦合间隙，消光比超过15分贝。我们的研究结果打开了大门，集成光子带隙结构制成的低损耗，宽透明，非线性光学材料系统。
2012-05-07 physics.optics
Add-drop filter based on dual photonic crystal nanobeam cavities in push-pull mode
我们展示了一个分插滤波器的基础上的双光子晶体纳米梁腔系统，模拟行波谐振器的操作和下降的光谐振到一个单一的输出端口。该器件采用先进的SOI CMOS（IBM 45nm SOI）芯片实现，无需任何工艺修改，在3dB带宽为64GHz的情况下，通口消光系数为16dB，分出口损耗为1dB。据我们所知，这是第一个基于光子晶体纳米梁腔的四端口分插滤波器的实现。
2015-04-29 physics.optics
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
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 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
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
Deep Learning-Optimized, Fabrication Error-Tolerant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Scalable On-Chip Diamond Quantum Systems
本文提出基于卷积神经网络的深度学习优化方法，用于设计容制造误差的金刚石光子晶体纳米束腔，在保持高品质因子的同时提升色心耦合效率，推动可扩展片上金刚石量子系统的高良率制造。
2025-02-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Integrated Sideband-Resolved SERS with a Dimer on a Nanobeam Hybrid
与腔光学力学类似，用窄带光学谐振器增强拉曼过程的特定边带将允许参数放大、光和分子振动的纠缠以及降低的转导噪声。我们报告的演示波导寻址边带分辨表面增强拉曼散射（SERS）。我们实现了一个由一维光子晶体腔和一个亚20 nm的带隙二聚体纳米天线组成的等离子体-光子混合谐振腔。近红外中的混合共振为设计者提供了1000的Q因子和$Q/V=(λ^3/10^6)^{-1}$，SERS信号强度与最先进的纯等离子体系统中的水平相当。我们证明了Fano线型在有机分子的SERS增强中的作用，并定量地分离出泵浦增强和光库的贡献。
2022-12-15 physics.optics quant-ph
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
Near-unity efficiency in ridge waveguide-based, on-chip single-photon sources
利用有限元法对量子点-腔脊波导单光子源进行了数值模拟，得到了一个接近1耦合效率的量子点-腔脊波导单光子源。我们的优化设计，这是基于一个一维纳米梁腔，实现了高的源效率$ε_{xy}$为97.7 $\%$的各向同性面内偶极子，连同一个显着的普赛尔因子为38.6。这种良好的性能主要归功于GaAs/SiO $_2$的高折射率对比度以及实现相长干涉和低散射损耗的仔细腔设计。此外，我们分析了所提出的平台的瓶颈，这是腔模式和布洛赫模式之间的模式失配的纳米梁。在此基础上，提出了一种任意高效率片上单光子源的优化方案，即采用锥形段，其高平滑度有利于逐渐克服模式失配，从而获得更高的Purcell因子和源效率。最后，我们看到了良好的鲁棒性的源属性在锥形纳米梁系统的孔变化的现实制造缺陷的考虑下。
2022-07-06 physics.optics quant-ph
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
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
Magnetometry with nitrogen-vacancy ensembles in diamond based on infrared absorption in a doubly resonant optical cavity
我们建议使用一个光学腔，以提高灵敏度的磁力计依赖于检测的自旋状态的高密度氮空位系综在金刚石中使用红外光学吸收。腔的作用是在室温下获得接近1的吸收检测磁共振的对比度。我们项目的光子散粒噪声限制的灵敏度增加了两个数量级相比，单通的方法。光学损耗可以将增强限制到一个数量级，这仍然可以实现室温操作。最后，当光腔被设计成在泵浦和信号波长处都谐振时，光腔还允许使用较小的泵浦功率。
2013-01-04 physics.optics
Evidence for structural damping in a high-stress silicon nitride nanobeam and its implications for quantum optomechanics
我们解决了热运动的高应力氮化硅纳米梁的频率远低于其基本的弯曲共振（3.4 MHz），使用腔增强光学干涉。二十多年来，位移谱很好地模拟了由$1/f$热力驱动的阻尼谐振子，这表明梁材料的损耗角与频率无关。在3.4 MHz处推断的损耗角$ϕ= 4.5\cdot 10^{-6}$与基本波束模式（$ϕ= Q^{-1}$）的品质因数（$Q$）很好地一致。结合$Q$测量高阶弯曲模式，并占应力引起的损耗稀释的模式依赖性，我们发现，固有的（未稀释）的光束的损耗角的变化小于2的一个因素之间的50 kHz和50 MHz。我们讨论了这种“结构阻尼”在量子光学力学实验中的影响，在该实验中，作用在耦合到光学腔的机械振荡器上的热力被辐射压力散粒噪声淹没。作为一个例子，我们表明，结构阻尼降低有质动力压缩的带宽。
2017-06-12 physics.optics quant-ph
Design of an ultrahigh Quality factor silicon nitride photonic crystal nanocavity for coupling to diamond nanocrystals
在折射率为2.0的氮化硅（SiN_x）脊形波导中设计了一个质量因子（Q）为2.3 × 10^5、模体积为0.55（$λ/n$）^3、工作波长为637 nm的光子晶体纳米腔。模拟了嵌入纳米腔中心和顶部的各种尺寸和位置的单个金刚石纳米晶体对腔Q因子和模体积的影响，表明对于现实参数，Q > 2 x 10^5是可以实现的。腔量子电动力学的品质因数的分析表明，嵌入式金刚石氮空位中心和腔模式之间的强耦合是可以实现的腔尺寸的范围。
2008-09-29 physics.optics
Design and fabrication of ridge waveguide-based nanobeam cavities for on-chip single-photon sources
我们报告的脊形波导的纳米孔/纳米梁腔的设计，在芯片上，量子点为基础的单光子产生。我们的设计克服了低折射率对比度材料平台在发射模耦合效率方面的限制，并产生0.73的输出脊波导的耦合效率。重要的是，这种高耦合效率与9 nm半峰全宽的宽带操作相结合。我们提供了一个明确的设计程序，以确定最佳的几何参数，根据开发的设计。此外，我们制作和光学特性的概念验证波导结构。的微光致发光测量的结果提供了证据的腔增强自发发射从量子点，从而支持我们的设计芯片上的单光子源的应用的潜力。
2022-03-21 physics.optics quant-ph
Nanofabrication of high Q, transferable, diamond resonators
基于金刚石的光子电路的发展需要关键部件的稳健制造协议，包括金刚石谐振器和腔。在这里，我们提出了一维（纳米束）光子晶体腔体产生的单晶金刚石膜利用金属钨层作为一个约束，导电和可移动的硬掩模。使用钨代替更常规的氧化硅层使得制造过程具有良好的可重复性和可靠性。该过程产生高品质的金刚石腔的品质因数（Q因子）接近10 $^$ 4。最后，我们表明，腔可以拿起和转移到一个沟槽衬底上，实现完全悬浮的金刚石腔。我们的制造过程证明了金刚石膜作为更广泛的基于金刚石的量子光子电路的模块化组件的能力。
2021-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Efficient Terahertz Generation in Triply Resonant Nonlinear Photonic Crystal Microcavities
提出了一种利用基于光子晶体腔的三重谐振系统，通过差频产生（DFG）过程实现腔增强非线性太赫兹波的方案。我们表明，高非线性重叠可以通过将太赫兹腔耦合到双共振、双偏振近红外（例如电信波段）光子晶体纳米束腔来实现，允许通过χ（2）非线性混合三个相互正交的基本腔模式。我们通过耦合模理论证明了泵浦频率的完全耗尽-即，量子限制转换-在实验上可行的几何结构中是可能的，其中在最佳总转换效率点处的操作输出功率可通过改变模式质量（Q）因子来调节。
2009-08-04 physics.optics
Resonant enhancement of the zero-phonon emission from a color center in a diamond cavity
我们证明了单个氮空位中心的零声子线与单晶金刚石中制备的微腔模式的耦合。一个零声子线增强超过10倍，估计在低温下的寿命测量。这些器件使用标准半导体技术和现成材料制造，从而实现集成金刚石光子学。
2010-12-17 physics.optics quant-ph
Development of hard masks for reactive ion beam angled etching of diamond
金刚石具有良好的光学性质，并具有明亮的色心和长的自旋相干时间。金刚石倾斜蚀刻的最新进展，特别是反应离子束倾斜蚀刻（RIBAE），已经成功地证明了在可见光波长下工作的量子光子器件。然而，由于需要较长蚀刻时间的器件尺寸增大而引起的掩模腐蚀增大，在电信波长下操作的较大器件难以制造。我们评估了用于金刚石光子晶体纳米梁和波导的RIBAE的不同掩模材料，以及它们的厚度、选择性、纵横比和侧壁光滑度如何影响所得的蚀刻轮廓和光学性能。我们发现，在薄的氧化铝粘附层上的厚的氢倍半硅氧烷（HSQ）层提供了最佳的蚀刻轮廓和光学性能。在这项工作中探索的技术也可以适用于其他大块材料，是不可用的异质外延或作为绝缘体上的薄膜。
2022-04-20 physics.app-ph physics.optics
Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里，我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的，室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19，随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Design of a 3D photonic band gap cavity in a diamond-like inverse woodpile photonic crystal
本文从理论上研究了三维倒木堆结构光子晶体的腔体设计。这类立方类金刚石晶体具有非常宽的光子带隙，并且由具有矩形结构的两个垂直阵列的孔组成。作为空腔的点缺陷集中在两个相交的垂直孔的交叉点上，其半径与晶体本体中的半径不同。我们已经进行了超原胞能带结构的计算与高达$5 \times 5 \times 5$单位细胞。我们发现，多达五个孤立的和无色散带出现在三维光子带隙。对于每个隔离带，电场能量被定位在以点缺陷为中心的体积中，因此点缺陷充当3D光子带隙腔。腔谐振的模体积小至0.8 $λ^{3}$（谐振波长立方），表明光的强限制。通过改变缺陷孔的半径，我们发现，只有施主类共振出现较小的缺陷半径，而没有受体类共振出现较大的缺陷半径。从电场能量密度分布的3D图中，我们得出结论，在位于点缺陷处的尖锐边缘中发现的能量峰值，类似于电子如何在这些特征处收集。这与在非倒置木堆结构中观察到的空腔不同。由于逆木堆晶体可以从硅CMOS兼容的手段制造，我们的项目，单腔，甚至腔阵列可以实现，在近红外的电信窗口兼容的波长范围。
2014-05-12 physics.optics
Stabilizing an optical cavity containing a bulk diamond crystal at millikelvin temperatures in a cryogen-free dilution refrigerator
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本研究在无液氦稀释制冷机中实现了毫开尔文温度下含块体金刚石晶体的光学腔稳定，通过将腔锁定至激光，测得无金刚石时精细度可达1.2×10^4，含金刚石时约90，主要受吸收损耗限制。
2026-10-07 physics.ins-det physics.optics quant-ph
