Ultrafast, low-power, all-optical switching via birefringent phase-matched transverse mode conversion in integrated waveguides
通过数值求解多模耦合非线性薛定谔方程，模拟了集成光波导中横模之间的双折射、全光、超快转换过程，展示了这种转换的潜力。所观察到的转换是由控制光束引起的，并且由于克尔效应，导致瞬态折射率光栅，其相干地将探测光从一个横向波导模式散射到另一个横向波导模式。我们引入双折射相位匹配，使有效的全光诱导模式转换在不同波长的控制和探测光束。结果表明，剪裁波导的几何形状可以利用显式最小化模间群延迟以及最大化的非线性系数，相位匹配条件的约束下。这里研究的波导的几何形状，允许模式转换与超过两个数量级的减少控制脉冲能量相比，以前的计划，从而承诺非线性模式切换超过90%的效率，在开关能量低于1 nJ。
2015-07-17 physics.optics
Sub-picosecond all-optical switching in a hybrid VO2:silicon waveguide at 1550 nm
在硅波导几何结构中实现超快全光开关是迈向集成平台的一个关键里程碑，该平台能够处理对更高速度和更高容量的信息传输日益增长的需求。由于硅中的电光效应和热光效应较弱，人们对混合结构产生了浓厚的兴趣，在混合结构中，可以通过将另一种材料集成到波导中来实现开关，包括相变材料二氧化钒（VO 2）。人们早就知道VO 2的相变可以由超快激光脉冲触发，并且泵浦激光能量密度是控制薄膜在800 nm附近的飞秒激光脉冲照射下的恢复时间的关键参数。然而，薄膜实验是不是一个先验的可靠的指南，使用VO 2的全光开关在芯片上的硅光子，因为在电信波段的VO 2的光学常数的变化很大，低插入损耗的要求，并在集成的光子系统中允许的开关能量的限制。在这里，我们报告的第一次测量表明，可逆的，超快的光致相变VO 2可以利用实现亚皮秒开关时，小VO 2体积集成在硅波导作为调制元件。高于阈值的开关能量为600 fJ/开关的数量级。这些结果表明，VO 2现在可以追求作为一个强有力的候选人的全光开关与亚皮秒开关时间。
2020-07-06 physics.optics
Guided Plasmon Modes of Elliptical Cross Section Silver Nanoridges
本文研究了银纳米脊的椭圆截面引导的二维等离子体激元模式。模式场分布，色散曲线，传播距离，和图形的优点的等离子体激元脊模式计算各种椭圆截面。研究发现，与相同宽度的平顶纳米脊等离子体波导相比，如果设计得当，椭圆形截面金属纳米脊可以支持具有更长传播距离和更高品质因数的良好约束的等离子体模式.当椭圆脊顶为半圆形截面时，得到了最佳的脊波导截面。当椭圆脊的曲率较大时，模式接近于紧约束的楔形等离子体激元模式。
2012-07-02 physics.optics
All-optical switching, bistability, and slow-light transmission in photonic crystal waveguide-resonator structures
我们分析了光子晶体波导与克尔非线性光子晶体谐振腔的线性和非线性共振传输。首先，我们扩展了标准的耦合模理论分析，光子晶体结构，并获得明确的双稳态阈值和传输系数的解析表达式，提供了详细了解与这些结构的可能性的基础。接下来，我们讨论了标准的耦合模理论的局限性，并提出了一种替代的分析方法的基础上，使用格林函数法推导出的有效的离散方程。我们发现，离散性质的光子晶体波导允许一种新的，几何驱动的增强非线性效应，通过移动谐振器的位置相对于波导，从而提供了一个额外的控制谐振波导传输和法诺谐振。我们进一步证明，这种增强可能会导致降低的双稳阈值和开关功率的非线性器件的几个数量级。最后，我们表明，采用这样的增强是至关重要的慢光光子晶体波导的全光器件的设计。
2006-05-18 physics.optics
Switching and propagation of magneto-plasmon-polaritons in magnetic slot waveguides and cavities
本文导出了磁光有源介质金属-绝缘体-金属波导中Voigt几何中表面等离子体激元-极化激元的色散关系。通过引入磁场，打破了上下界面之间的对称性;两个界面上的场分布之间的平衡可以通过施加的场来控制。这种控制是由有限元法数值模拟的场分布周围的点偶极子放置在短波导的中心，它示出了从腔体的辐射的总发射和远场辐射的分布可以强烈修改通过调谐的磁化的波导。这提出了使用磁场来控制纳米结构中的光传播的新可能性。
2013-08-03 physics.optics
Ultrafast Optical Switching Using Photonic Molecules in Photonic Crystal Waveguides
利用时域有限差分法和耦合模理论研究了光子晶体平板结构中光子分子与波导的耦合。在双腔光子分子中，腔模的耦合产生两个具有对称和反对称场分布的超模。当同时激发两个超模时，电场的能量在两个腔之间振荡。为了激发和探测光子晶体的能量振荡，我们将光子分子与两个光子晶体波导集成在一起。在耦合结构中，我们发现两个超模的品质因数可能会因为超模的场分布不同而不同。通过优化两个光子分子腔间空气孔的半径，得到了两个超模的品质因数几乎相等，波导模与两个超模之间的耦合强度也几乎相等。在这种情况下，两个腔之间的完整能量振荡可以通过一个波导中的泵浦源获得，其可以由另一个波导读出。最后，我们证明了所设计的结构可以用于超快光开关的时间尺度为几皮秒。
2015-04-07 physics.optics
All-optical switch with two periodically curved nonlinear waveguides
提出了一种由两个平行放置的周期性弯曲非线性光波导构成的全光开关。与传统的基于直波导非线性定向耦合器的全光开关相比，该全光开关具有更低的开关阈值功率和更窄的开关宽度。
2008-02-21 physics.optics
Vertical coupling of laser glass microspheres to buried silicon nitride ellipses and waveguides
我们展示了掺钕硅酸钡钛微球激光器与氮化硅光子平台的集成。具有两种不同的几何结构的设备提取的激光到掩埋波导已经制造和表征。第一种配置依赖于标准的耦合方案，其中微球体放置在条形波导上。第二种是基于埋椭圆几何结构，其工作原理是椭圆镜。在后一种情况下，条形波导的输入端放置在椭圆的一个焦点上，而激光微球放置在另一个焦点的顶部。所制造的椭圆几何形状（椭圆率=0.9）呈现比标准波导耦合配置的光收集能力大50%的光收集能力，并且可以通过增加椭圆率来进一步改进。此外，由于球体的尺寸远小于椭圆的尺寸，因此不需要表面平坦化。相反，我们表明，没有平坦化步骤强烈损害微球激光性能的标准配置。
2015-06-29 physics.optics
Two-photon quantum walks in an elliptical direct-write waveguide array
集成光学为通过连续时间量子行走仿真量子系统提供了理想的测试平台。本文研究了椭圆波导阵列中双光子态的演化。我们通过相干光层析成像的光子芯片，并使用结果来预测时间上不可区分和可区分的双光子输入，然后我们与实验观察比较之间的明显差异。我们的工作突出了在三维波导结构中模拟相干量子现象的可行性。
2011-03-08 physics.optics quant-ph
Complete achromatic optical switching between two waveguides with a sign flip of the phase mismatch
提出了一种实现完全消色差全光开关的双波导耦合器。波导的耦合具有双曲正割形状，而相位失配在耦合的最大值处具有符号翻转。我们推导出一个解析解的电场传播耦合模理论，并表明，光开关是强大的耦合和相位失配再次小到中等的变化。因此，我们实现了两个波导之间的消色差光开关。我们进一步考虑了阵列中三个耦合波导的扩展情况，并特别注意等消色差光束分裂的情况。
2014-09-27 physics.optics quant-ph
Nonlinear optical switching in hybrid plasmonic waveguides
研究基于ITO在ENZ状态下巨大非线性的HPWG全光开关机制，数值求解非线性Maxwell方程并对比电门控，发现光泵浦更高效且透射率与相位呈阶跃式变化。
2023-09-06 physics.optics
Exceptional Points and Asymmetric Mode Switching in Plasmonic Waveguides
我们研究了由一对具有不同损耗的石墨烯片组成的非厄米特系统中的例外点。石墨烯波导中存在两种表面等离子体激元（SPP）模式。通过改变两个石墨烯片之间的距离和石墨烯的化学势，EP表现为本征值，即两个模式的波矢量合并。在由石墨烯的几何参数和化学势组成的参量空间中，将EP包围起来，可以观察到本征模的交叉转换和几何相位的变化。同时，某一输入SPP模式可能导致完全不同的输出。该研究为纳米级敏感光学开关和传感器的开发铺平了道路。
2016-07-31 physics.optics
Robust transmission stabilization and dynamic switching in broadband hybrid waveguide systems with nonlinear gain and loss
提出了一种在具有非线性增益和损耗的宽带波导系统中实现碰撞光孤子序列传输稳定和鲁棒动态切换的方法。该方法是基于采用混合波导，包括跨度与线性增益和立方损耗，跨度与线性损耗，立方增益，五次损耗。我们表明，振幅动态描述的混合Lotka-Volterra（LV）模型，并使用该模型来确定增强传输稳定和切换所需的物理参数值。耦合非线性薛定谔方程的数值模拟证实了LV模型的预测，并显示出稳定的传输距离比均匀波导的线性增益和立方损耗大一个数量级。此外，多个开-关和关-关动态切换事件在很宽的孤子振幅范围内，表现出优越性的混合波导相比，静态切换均匀波导，在早期的研究中考虑。
2014-08-03 nlin.PS physics.optics
Single Plasmon Switching with n Quantum Dots System Coupled to One-Dimentional Waveguide
利用实空间方法研究了等间距量子点与一维表面等离子体波导相互作用过程中等离子体激元的开关特性。我们发现，可以通过动态调节和改变量子点的等跃迁频率的数量来打开或关闭单个等离子体激元的透射和反射。
2013-07-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical waveguide hosting multiple exceptional points: Toward selective mode conversion
我们研究了一维平面少模光波导中异常点（EPs）的惊人物理特性。波导管中有四个准导模。在这里，所选择的模式对之间的相互作用由非均匀增益-损耗分布的空间分布调制。这两个耦合对在参数平面上接近两个不同的二阶EP。考虑一个适当的参数环来同时包围所识别的EP，我们建立了一个特定的拓扑特征，其中参数空间中的一个圆形包围产生复β平面中对应的耦合模对的传播常数（β）之间的切换。选取两种不同的参量环模式，建立了β开关现象中的不变拓扑。这种鲁棒的模式转换方案将提供一个平台，以实现选择性模式开关器件或光模式转换器。
2019-04-15 physics.optics
Temporal dynamics of all-optical switching in hybrid VO2/Si waveguides
二氧化钒（VO 2）是最有希望用于混合光子集成器件（PIC）的材料之一。然而，尽管切换时间低至几个飞秒已被报道，全光时域动态的VO 2嵌入在波导中使用面内光信号仍然隐藏。在这里，我们实验研究这种行为在混合VO 2/Si波导中使用泵浦-探测测量电信波长。我们的研究结果表明，开关时间在微秒和纳秒范围内，这表明相变是热触发的光吸收的VO 2和时间响应是由热传导动力学。通过适当的工程的光脉冲，我们展望纳秒的切换时间与几个纳焦耳的能量消耗。我们的研究结果揭示了一个新的时间动态，这将是有用的开发未来的全光VO 2光子集成器件。
2020-07-22 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast and energy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelength plasmonic waveguides
全光开关因其可以克服电开关的速度限制而受到人们的关注。然而，由于现有材料中固有的小光学非线性，超快、节能的全光开关的实现一直具有挑战性。作为解决方案，我们提出了石墨烯负载的深亚波长等离子体波导（30 nm x 20 nm）。由于极端的光限制，我们显著增强了石墨烯的光学非线性吸收，并实现了超快全光开关，开关能量为35 fJ，开关时间为260 fs。开关能量比以前的石墨烯基器件小四个数量级，是有史以来报道的任何全光开关在几皮秒或更少的值。该器件可以有效地连接到传统的Si波导和Si光子集成电路。我们相信，这种基于石墨烯的器件将为片上超快和节能的光子处理铺平道路。
2019-07-03 physics.app-ph physics.optics
Anisotropic Multi-layer Elliptical Waveguides Incorporating Graphene Layers: A Novel Analytical Model
本文旨在提出一种新的分析模型，各向异性的多层椭圆结构，包括石墨烯层。多层结构由各种磁性材料形成。在轴向方向上施加外部磁偏置。具有各向同性表面导电性的石墨烯层被夹在两个相邻的各向异性材料之间。一种新的矩阵表示已被推导出找到的多层结构的传播参数。两个示例性的重要情况下，建议的一般结构，波导，已被调查显示，第一，我们提出的分析模型的有效性，第二，丰富的一般结构。分析和仿真结果表明，一个很好的协议。一个非常大的值的品质因数（FOM），例如FOM=110，实现了第二种结构的化学势和外部磁偏置分别为0.9 ev和1 T。我们的一般结构及其分析模型可以用来设计创新的太赫兹器件，如吸收器，耦合器和斗篷。
2021-03-02 physics.app-ph physics.optics
Switching of Discrete Solitons in Engineered Waveguide Arrays
本文提出了一种控制弱耦合光波导阵列中离散孤子非线性开关的简单方法，包括立方非线性和二次非线性。基于紧束缚近似下描述波导阵列的有效离散非线性方程组，提出了波导耦合阶跃变化的阵列工程概念。我们展示了一个窄的输入光束的数字化开关多达11个相邻的波导，在立方非线性的情况下，和多达10个波导，在二次非线性的情况下。我们讨论了我们的预测的物理工程Peierls-Nabarro（PN）潜在的经历了强本地化的非线性模式移动在晶格和计算，第一次，PN潜在的二次非线性阵列。我们还确认了我们的概念和一个全尺寸的连续模型和现实的参数，通过光束传播方法的主要发现。
2004-01-21 cond-mat.dis-nn nlin.PS physics.optics
Band Edge Effects and Normal Mode Propagation in Waveguide Magnetophotonic Crystals
研究了脊形波导磁光子晶体的带边现象。简正模分析用于研究近带边缘和布拉格中心波长群速度及其与偏振的关系。在（111）钆镓石榴石（GGG）衬底上的液相外延（LPE）BiLuIG膜上通过聚焦离子束铣削图案化的布拉格光栅中观察到与输入的大偏振偏离。在光子晶体中的光谱响应的传输矩阵分析允许从测量的透射率和偏振旋转确定椭圆偏振的正常模式的相位。与非双折射法拉第旋转器不同，在偏振旋转和法向模相位差之间存在非线性关系。在带边附近和谐振腔中心波长处，发现左右椭圆偏振的简正模之间存在较大的相位差和光学慢化。分析和比较了这两种系统的驻波光子捕获和光学慢化。
2006-07-18 physics.optics
Low-threshold bistability of slow light in photonic-crystal waveguides
我们分析了光通过耦合到克尔非线性腔的光子晶体波导侧的谐振传输，并演示了如何设计结构几何形状以实现慢光区超低功率的双稳态和全光开关。我们表明，在这样的结构中的共振品质因数的比例成反比的光在共振频率的群速度，从而无限增长的慢光制度。因此，在这种结构中，全光开关所需的功率阈值与群速度的平方成比例，在慢光状态下迅速消失。
2008-04-25 physics.optics
Symmetry-guided modal control in elliptical femtosecond-laser-written photonic waveguides
State Research Institute Center for Physical Sciences and Technology（立陶宛国家物理与技术研究中心）
该研究在飞秒激光写入的椭圆玻璃波导中，通过共同设计波导限制与扰动奇偶性，实现对称性引导的模式控制，为量子光子应用提供路径-模式联合自由度支持。
2026-08-25 physics.comp-ph physics.optics
Stable scalable control of soliton propagation in broadband nonlinear optical waveguides
提出了一种实现$N$碰撞孤子序列在具有宽带延迟拉曼响应和窄带非线性增益损耗的光波导中可扩展传输稳定和开关的方法。我们证明了$N$ -序列传输中孤子振幅的动力学可以用一个广义的$N$ -维捕食者-食饵模型来描述。利用捕食模型的稳定性和分支分析，得到了$N$孤子序列中$M$的鲁棒传输镇定和开关切换的简单物理参数条件.数值模拟的单波导传输与系统的$N$耦合的非线性薛定谔方程与$2 \le N \le 4$的捕食者-猎物模型的预测和稳定的传播在显着更大的距离相比，其他宽带非线性单波导系统显示出良好的协议。此外，通过模拟，证明了多孤子序列的稳定开关和稳定的多个传输切换事件。讨论了具有宽带延迟拉曼响应和窄带非线性增益损耗的波导中传输稳定和开关的鲁棒性和可扩展性的原因，并解释了它们相对于其他宽带非线性波导的优势。
2017-01-04 nlin.PS physics.optics
A new coupling mechanism between two graphene electron waveguides for ultrafast switching
我们提出了一种基于双石墨烯电子波导的新型超快电子开关器件，类似于光学双通道波导器件。该设计利用了两个石墨烯电子波导之间拉比振荡的相干量子力学隧穿原理。基于修正的耦合模理论，我们建立了一个理论模型来分析器件的特性，并预测开关速度大于1ps。由于室温下石墨烯中电子的平均自由程较长，所提出的设计避免了常规半导体量子阱结构中所需的低温操作的限制。我们的设计布局类似于一个标准的CMOS晶体管，应该很容易制造与当前最先进的纳米技术。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultra-broadband Optical Switching Plasmons Waveguide in Ge Nanowires
针对等离子体材料响应波段窄、调谐方法有限的问题，本研究实现了光调谐锗纳米线的超宽带非平衡等离子体响应，追踪到800-2000 $cm^{-1}$范围的响应蓝移，首次完成光生载流子调谐的半导体纳米线SPPs成像，为超快全光器件提供支撑。
2024-03-11 physics.optics
Analytical model for waveguide light propagation and applications
研究了飞秒激光写入椭圆波导阵列的偏振特性。提出了一个新的解析模型来解释这种波导中线偏振模的空间横向分布的不对称性。这种不对称性在相邻波导之间产生偏振相关的耦合系数，这强烈影响光在晶格中的传播。我们的分析解释了如何利用这种效应来调整通过阵列传播的光的最终强度分布，并将集成光路中的偏振分束器的特性与波导的几何形状联系起来。
2014-12-15 physics.optics
Switching dynamics of femtosecond solitons in parity-time-symmetric coupled optical waveguides
我们报告了一个详细的研究孤子转向动力学的奇偶时间对称定向耦合器在飞秒域，这需要纳入高阶微扰效应，如三阶和四阶色散，自陡峭，和脉冲内拉曼散射。在高增益/损耗的情况下，所有这些效应的组合被发现可以稳定孤子脉冲在耦合器中的演化，而不是无扰演化的混沌行为。这项工作表明，有效的孤子转向可以实现在非常低的临界功率和相对较高的增益/损耗，即使在飞秒政权。
2022-10-01 nlin.PS physics.optics
Silicon Nitride C-Band Grating Coupler with Reduced Waveguide Back-Reflection Using Adaptively Corrected Elliptical Grates
本研究针对氮化硅C波段光栅耦合器的背反射问题，采用中断光栅结合变偏心率椭圆光栅校正的方法，实现约10dB背反射抑制，同时将额外插入损耗从2.4dB降至1dB。
2024-06-20 physics.app-ph physics.optics
All-optical switching via four-wave mixing Bragg scattering in a silicon platform
我们采用非简并四波混频布拉格散射（FWM-BS）的过程来演示在硅平台上的全光控制。在我们的配置中，一个强的，非信息携带泵与一个弱的控制泵和输入信号在绝缘体上硅波导混合。通过这种高限制波导的光学非线性，弱泵浦控制从信号到空闲的波长转换过程，导致信号的受控耗尽。另一方面，强泵起到恒定偏置的作用。在这项工作中，我们实验表明，它是可能实现这种低功耗的开关技术作为第一步走向通用的光学逻辑门，并测试随机二进制数据的性能。即使在信号和控制泵浦电平几乎相等的非常低的功率下，眼图也保持打开，指示逻辑门的成功操作。
2016-11-12 physics.optics
Four-layer nanocomposite structure as an effective optical waveguide switcher for near-IR regime
我们提出了一个理论研究的色散和能量特性的本征波（TE-和TM-模式）在一个四层结构组成的磁光钇铁石榴石引导层上的介质基板覆盖的平面纳米复合材料的指导多层。考虑了钇铁石榴石的双折射特性，导出了色散方程，并提出了一种导模识别的新算法。我们证明了TE和TM模式的偏振开关依赖于引导层的几何参数。色散图和场分布被用来说明传输特性的变化与纳米复合层的多层厚度比的变化。计算了结构上的能流分布，得到了最佳导引区的条件。在波导层中的功率开关比约为6 dB的波长范围为100 nm的示出实现。
2019-03-03 physics.optics
Optical switching in graded plasmonic waveguides
提出了一种新的机制，通过耦合等离子体激元模式的纵向限制光能嵌入在一个梯度介质中的贵金属纳米颗粒链，这是类似于半导体量子阱中的电子的限制。在这些系统中，可以通过改变主介质的梯度折射率或纳米颗粒之间的间隔来控制光能的传输，以实现电子晶体管的光子模拟。可能的通带可调谐纳米粒子间距和调制的折射率在主介质中已明确提出，并有利地与数值计算相比。
2006-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Theoretical study on the stimulated Brillouin scattering in a sub-wavelength anisotropic waveguide: Acousto-optical coupling coefficients and effects of transverse anisotropies
对亚波长各向异性波导中的受激布里渊散射（SBS）进行了理论研究。考虑了波导材料的光学、光弹性和机械各向异性。首先，将SBS中由于光弹效应和运动界面效应引起的声光耦合系数的积分公式推广到光学各向异性波导中。然后，利用推广的公式，对具有强横观各向异性的椭圆纳米线中的SBS进行了数值模拟。在模拟中，弹性场的计算包括机械各向异性。在数值结果中发现了明显的强横向各向异性效应。最值得注意的是，一些弹性模式的SBS增益被发现是非常敏感的波导轴和主材料轴之间的小错位。详细的物理解释这一有趣的现象提供。这种有趣的现象意味着一种有吸引力的方式，更灵敏的SBS增益调谐，而不显着改变声子频率。
2017-09-21 physics.optics
Spin-photon interface and spin-controlled photon switching in a nanobeam waveguide
对电子自旋的访问是许多集成和分布式量子信息处理协议的核心[1-4]。例如，可以利用电子和光子的自旋状态的界面来执行光子之间的量子门[2，5]或纠缠远程自旋状态[6-9]。最终，纠缠自旋的量子网络构成了量子光学的新范式[1]。朝着这个目标，集成的自旋光子接口将是一个重大的飞跃。在这里，我们展示了一个有效的和光学可编程的接口之间的自旋的电子在量子点和光子在纳米光子波导。自旋可以确定性地制备，保真度为96%。随后，该系统用于实现“单自旋光子开关”，其中电子的自旋状态引导光子通过波导流动。自旋-光子界面可以实现片上光子-光子门[2]、单光子晶体管[10]和有效的光子簇状态生成[11]。
2017-09-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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
All-optical magnetization switching by two-frequency pulses using the plasmon-induced inverse Faraday effect in a magneto-plasmonic structure
在这封信中，我们研究了产生准静态磁场的等离子体激元诱导的逆法拉第效应，并提出了一种磁光波导结构，实现磁化开关在亚ps的时间在纳米限制的磁光结构。特别是，我们表明，在磁光介质腔侧耦合到金属-绝缘体-金属（MIM）波导中产生的准静态场的方向敏感地依赖于表面等离子体激元极化（SPP）的波长。这一现象可能为利用双频脉冲实现纳米受限全光磁化开关开辟一种新的节能超快方法。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Flexible on-chip mode-division switching with a new mode converter design
光纤多模通信已经取得了一些重大进展。并且最近报道了在片上通信中实现模分复用（MDM）的重要努力。由于缺少能在不同波导模式之间自由实现模式转换功能的模式转换器，灵活的片上模分切换通信很少有报道。在这里，我们展示了模式转换器的第一个演示，它可以转换任意波导模式到任何其他模式的帮助下，相位调谐。利用该模式转换器，提出了两种灵活的片上模分开关结构。该架构与波分复用（WDM）兼容，可以进一步扩展片上通信带宽。我们的演示表明，在完全灵活的，密集的，片上光网络的愿景模分交换的巨大潜力。
2017-12-05 physics.app-ph physics.optics
A low-loss fiber accessible plasmon photonic crystal waveguide for planar energy guiding and sensing
描述了一种用于电磁能量传输的金属纳米颗粒等离子体激元波导，其利用色散工程来经由光学薄Si膜上的Au点的二维图案显著增加横向能量约束。使用有限差分时域模拟和耦合模理论，我们表明，从传统的光纤锥相位匹配的倏逝波激发是可能的，效率> 90%的现实几何形状。该波导中的能量损失主要是由于材料吸收，允许在电信频率下激发的1/e能量衰减距离约为2 mm。这个概念可以扩展到可见光区，并有望在光能引导，光学传感和开关中应用。
2003-12-09 physics.optics
Dynamically encircling exceptional points in a waveguide: asymmetric mode switching from the breakdown of adiabaticity
具有损耗或增益的物理系统的特征是谐振模式随时间呈指数衰减或增长。每当两个这样的模式在它们的共振频率和它们的衰减或增长率上合并时，就会出现所谓的“例外点”，最近据报道，围绕这个点出现了许多有趣的现象。特别有趣的行为被预测出现时，包围一个特殊的点足够慢，像一个状态翻转或几何相位的积累。致力于这个问题的实验已经可以成功地探索例外点的拓扑结构，但一个完整的动力学包围和绝热性的崩溃不可避免地与它相关的任何测量仍然遥不可及。在这里，我们证明了一个动态的包围一个特殊的点可以映射到散射通过一个双模波导的问题，这使我们第一次访问难以捉摸的效果发生在这种情况下。具体来说，我们提出了实验结果从波导结构，引导传入波在传输过程中的一个例外点周围。以这种方式，引起模式转换，使得该器件非常适合作为不同波导模式之间的鲁棒和非对称开关。我们的工作开辟了新的和令人兴奋的途径，探索特殊的点物理在基础研究和实际应用之间的十字路口。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical Thouless pumping transport and nonlinear switching in a topological low-dimensional discrete nematic liquid crystal array
我们从理论上研究了一个无泵浦方案在一维拓扑Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型的单带隙和多带隙系统时，实现在一个离散的液晶排列。对于电控SSH波导阵列，我们数值模拟了低功率下的边到边光传输。另一方面，在更高的功率下，光诱导的非线性缺陷态会阻碍传输，从而产生鲁棒的全光开关。
2022-01-03 physics.optics
Chiral transport in Compact topological waveguide arrays
针对波导阵列中手性传输器件因绝热极限导致尺寸过长的问题，在环绕例外点系统中引入拓扑保护以增大体态与拓扑边缘态间隙，缓解绝热限制，在仅75 μm的拓扑波导阵列中实现手性传输，推动高集成度光子芯片发展。
2024-06-05 physics.optics
Light localization induced enhancement of third order nonlinearities in a GaAs photonic crystal waveguide
在GaAs光子晶体波导（PCW）中进行了非线性传输实验，结果表明，由于光在慢模区的传输，如双光子吸收（TPA）、光学克尔效应和TPA产生的自由载流子引起的折射率变化，三阶非线性会大大增强。已经建立了一个理论模型，显示出很好的定量协议与实验数据，并证明了群速度起着重要的作用。这些观察给一个强有力的洞察使用PCW的光开关器件。
2009-01-19 physics.optics
Steering between Bloch oscillation and dipole oscillation in parabolic optical waveguide arrays
本文研究了传输常数呈抛物线渐变的平面光波导阵列中通过最近邻耦合相互作用的超模的光学振荡。在这些阵列中，我们已经确定了一个过渡之间的对称偶极振荡（DO）和破缺布洛赫振荡（BO）在适当的条件下。梯度局域化与各种光学振荡之间存在着明显的对应关系。利用光学系统的振荡与平面摆的振荡之间的类比，我们提出了梯度轮廓的移动引起从BO到DO的转变。我们确认的光学跃迁的哈密顿光学的装置，以及由场的演化的超模。这些结果在光开关中具有很大的应用潜力，可用于设计合适的光器件。
2010-04-21 physics.optics
Numerical analysis of the propagation modes of photo-switching PDMS-arylazopyrazole optical waveguide and thin-film spectroscopic characterization
通过在聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物中旋涂不同浓度的芳基偶氮吡唑（AAP）偶氮染料，在150 ℃下制备了一种新型的光响应性聚合物基体薄膜。利用这种新型的AAP分子开关，通过接触光刻和软复制方法在微米尺度上制作了固态PDMS-AAP波导。旋涂的光可切换材料的折射率可以通过使用不同浓度的AAP单元的可逆的反式至顺式光异构化行为来调节。当使用0.01 M的AAP单元溶液时，在340 nm的工作波长下，复合物的折射率在反式状态下为2.32，在顺式状态下下降到1.85。在0.020和0.03 M的较高浓度下，在相同波长下实现了宽折射率调谐。在0.030 M的折射率为2.65的反式状态和2.0的顺式状态。结果表明，折射率调谐的增加与复合膜的AAP单元的浓度有关。理论上，复合膜的光谱特性也用两种方法模拟：1）麦克斯韦方程组;和2）频率相关有限元，对于365/525 nm波长的调节信号，所提出的波导的不同传播模式显示出极好的一致性。此外，PDMS-AAP薄膜的光致异构化的紫外-可见光谱分析，以证明在固态的AAP部分的异构化响应。此外，初步的复合膜的光机械致动性能进行了研究。本研究中所描述的PDMS-AAP波导为可见-红外区域的光可调谐光子学应用提供了一种新的方法。
2023-02-05 physics.app-ph physics.optics
Wavelength switching dynamics of two-colour semiconductor lasers with optical injection and feedback
本文研究了光注入反馈双色半导体激光器的波长开关动力学。这些器件包括开槽区域蚀刻到激光脊波导定制的输出光谱。实验测量表明，在这些设备的一个或两个模式的光注入可以诱导波长双稳态。调制光注入的测量开关动态被证明是在一个简单的速率方程模型的基础上与数值模拟非常一致。我们还通过实验证明了在较短的外腔长度下，延时光反馈可以引起波长双稳。数值模拟表明，这种双色光反馈系统可以提供快速的光存储功能的基础上注入的光脉冲，而不需要一个外部保持光束。
2012-07-10 physics.optics
Attojoule all-optical switching with a single quantum dot
实验研究了单量子点与光子晶体腔波导结构强耦合的动态非线性响应。的时间响应测量泵浦-探测激发，其中传播通过波导的控制脉冲被用来创建一个光学斯塔克位移的量子点上，导致在一个大的修改的腔反射率。这种光致腔反射率修改切换失谐信号脉冲的传播方向。使用该器件，我们证明了只有14阿焦耳的控制脉冲能量的全光开关。开关的响应时间被测量为高达8.4 GHz，这主要是由腔量子点相互作用强度的限制。
2011-07-19 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Coupled-resonator-induced reflection in photonic-crystal waveguide structures
研究了光在耦合谐振腔光波导中与两个几乎相同的侧腔相互作用时的谐振传输。我们揭示和描述了一种新颖的耦合谐振腔诱导反射（CRIR）的效果，其特征在于一个非常高的和容易调谐的品质因数的反射线，腔和波导之间的站点间耦合的情况下。这种效应与耦合谐振腔诱导透明（CRIT）--一种电磁诱导透明的全光模拟--有着明显的不同，后者最近在基于微环谐振腔和光子晶体腔的结构中得到了理论研究和实验观察。CRIR和CRIT效应具有相同的物理起源，这可以归因于在表现出多于一个共振的系统中的Fano-费什巴赫共振。讨论了CRIR效应在慢光传输控制和低阈值全光开关中的应用。
2008-04-25 physics.optics
Wide optical spectrum range, sub-volt, compact modulator based on electro-optic polymer refilled silicon slot photonic crystal waveguide
我们设计并展示了一个小型且低功率的带工程电光（EO）聚合物填充硅缝隙光子晶体波导（PCW）调制器。该EO聚合物专为高EO活性和近红外透明性而设计。PCW阶跃耦合器用于最佳耦合到频带工程PCW的慢光模式。在8 nm的光谱范围内，半波开关电压为Vπ=0.97 ± 0.02V，对应于推挽结构中的有效器件内r33为1190 pm/V，Vπ L为0.291 ± 0.006V mm。排除慢光效应，我们估计电光聚合物在槽中的极化效率为89 pm/V。
2014-03-01 physics.optics
Symmetric two dimensional photonic crystal coupled waveguide with point defect for optical switch application
二维光子晶体由于其能够控制电磁波在晶体中的传播而被人们所熟知。1D和2D光子晶体比3D相对更容易制造，因为前者在微波和远红外区域工作，而后者在可见光区域工作，并且需要较小的晶格常数。在本文中，一个改进的二维PC与两个对称的波导通道，其中一个通道内的缺陷位于进行模拟。模拟结果表明，通过改变缺陷的折射率可以实现光开关。如果应用多于一个结构，则该特征可以潜在地应用于产生级联光开关。
2012-09-19 physics.optics
Switching of optical vortices in nonlinear annular couplers
我们提出一种环形波导耦合器，用于转换光的角动量。我们研究了线性和非线性耦合的光涡旋光束的功率和动量发射到一个环的核心，并证明了开关发生远低于崩溃阈值。切换是更有效的内环激发，因为它触发更急剧，并为低功率足以避免光束的方位角不稳定性。
2007-06-01 nlin.PS physics.optics
Multimode interface between optical free-space- and waveguide modes
本文提出一种多平面光转换方案，实现自由空间高阶LG模式与波导模式的高效宽频带转换，为多模式光通信和芯片处理提供新途径。
2025-12-02 physics.optics
Design of an integrated hybrid plasmonic-photonic device for all-optical switching and reading of spintronic memory
本文设计了一种集成混合等离激元-光子器件，通过双V形金纳米天线与光子晶体腔耦合，实现纳米级亚铁磁比特的全光开关与读取，克服了尺寸失配等挑战，优于裸波导。
2022-09-30 physics.app-ph physics.optics
Full vectorial analysis of polarization effects in optical nanowires
我们开发了一个完整的理论分析的非线性相互作用的两个偏振的波导脉冲传播的矢量模型，适用于高指数亚波长波导的装置。在这样的波导中，在完全源自波导结构的两个偏振的非线性行为中存在各向异性，并且导致切换特性。我们确定的稳定性的稳定状态的解决方案，通过拉格朗日制定。我们发现所有的静态解的非线性系统，包括那些是周期性的光纤长度以及非周期性孤子的解决方案，并分析这些解决方案通过的哈密顿公式。我们特别讨论的开关解决方案，位于附近的不稳定的稳态，因为它们导致自偏振翻转，原则上可以用来构建快速光开关和光逻辑门。
2012-03-28 nlin.PS physics.optics
Ultracompact high-contrast magneto-optical disk resonator side-coupled to a plasmonic waveguide and switchable by an external magnetic field
在这里，我们提出并研究了一种新型的等离子体共振器的基础上的金属-绝缘体-金属波导和侧耦合磁光盘控制的外部磁场。通过改变磁场的方向，表面等离子体激元（SPP）的波数变化和透射率可以被调谐，并且通过改变外部磁场的方向，可以实现SPP模式的可逆开关。磁等离子体激元调制的共振增强超过200倍导致调制对比度超过十倍比（90- 1%调制），在数百GHz的光学带宽内保持适度的插入损耗。数值模拟证实了亚微米超小盘谐振器的高对比度磁等离子体激元调制的解析公式的预测。
2018-07-31 physics.optics
Experimental measurement of plasmonic nanostructures embedded in silicon waveguide gaps
在这项工作中，我们报告的数值模拟和实验的光学响应的金纳米带嵌入在硅带波导间隙在电信波长。我们发现，在透射和反射时，金属纳米结构插入间隙中观察到的光谱特征是非常不同的自由空间激发中观察到的。首先，我们发现引导场和金属纳米结构的电偶极共振之间的干涉导致高对比度（> 10）的光谱特征，其显示出不对称的Fano光谱轮廓。其次，我们揭示了一个交叉的传输和反射响应接近纳米结构的共振波长作为我们的系统的一个关键特征。这种方法可以使用标准的半导体纳米加工工具来实现，可以充分利用片上配置中亚波长金属纳米结构的极端特性，在生物传感或光学开关等领域具有特殊意义。
2016-04-27 physics.optics
