High-Speed and High-Responsivity Asymmetric Waveguide Photodiode with Low Optical Back-Reflection
Yongjiang Laboratory(甬江实验室);Beijing University of Posts and Telecommunications(北京邮电大学)
该研究提出一种非对称角反射器UTC-WGPD,通过非中心光束耦合实现低光背反射,突破带宽-响应度权衡,在1550nm下获275GHz带宽等性能,适用于亚太赫兹收发器与密集光子集成。
2026-09-02 physics.optics physics.plasm-ph
Cryogenic fiber-coupled electro-optic characterization platform for high-speed photodiodes
本研究开发了一种全光纤耦合的低温电光表征平台,利用飞秒激光泵浦-探测技术提取超快光电二极管的时域响应,发现其响应具有显著的激发功率与温度依赖性,为超导量子技术中光学链路和波形发生器的优化提供了关键工具。
2023-09-12 physics.ins-det physics.optics
Optical communications-based platform uses Uni-Travelling-Carrier Photodiode for ultra-high resolution software-defined THz spectroscopy and reveals LiYF4:Ho intrinsic spectral line shape
在0.2THz附近的高分辨率(900 Hz半峰全宽)频域光谱是通过在光通信波段使用精确的频率间隔梳状源、在定制的单行进载波光电二极管(UTC-PD)中进行滤波和光混频以产生THz信号和进行相干下变频以用于检测来实现的。通过对梳状线之一的时域调制,可以在软件中定义完全可控的光谱仪,并且该原理被证明用于\lihof中的Ho离子的电子光谱的无磁场读出,\lihof是一种经常用于量子科学中的演示实验的材料。特别地,对光谱的均匀和不均匀贡献容易分离。
2019-09-13 physics.ins-det physics.optics
The photodetection of ultrashort optical pulse trains for low noise microwave signal generation
来自光源的电信号已经达到了创纪录的低相位噪声水平,并且已经证明了在微波域中达到的最高频率稳定性。实现这种超稳定的相位和频率性能需要高保真的光电转换,通常通过高速光电二极管执行。本文综述了光脉冲直接光电探测的特点,目的是从光源中产生高功率、低相位噪声的微波信号。两种最流行的类型的光电二极管检测器用于低噪声微波产生的电脉冲特性,可实现的微波功率,和光电探测器的非线性进行了讨论。回顾了光电探测固有的噪声源,例如散粒噪声、闪烁噪声和光载子散射,并讨论了它们对微波相位保真度的影响。从光电探测,平衡功率饱和,光放大,和幅度到相位转换,达到最低的噪声可能的一般准则,也提出。
2023-02-28 physics.ins-det physics.optics
Attosecond Timing in Optical-to-Electrical Conversion
频率最稳定的电磁辐射源是光学产生的,光学频率梳提供了在数百太赫兹范围内进行高保真频率传输并进入微波域的手段。这种基于光子的微波信号合成的关键步骤是光电转换过程。在这里,我们表明,阿秒(as)的时序稳定性可以保持整个光电二极管的光电接口,尽管固有的时间响应,是超过六个数量级慢。超短光脉冲周期性训练的光电探测中的过量定时噪声表现为闪烁噪声(1/f),在1 Hz偏移处具有4 as/Sqrt(Hz)的幅度。相应的分数频率波动在1秒时为1.4x10-17,在1000秒时为5.5x10-20。这些结果表明,直接光电探测,作为频率梳为基础的微波合成的一部分,可以支持最好的光学频率标准的定时性能,从而打开了可能性,产生微波信号具有显着更好的稳定性比任何现有的来源。
2015-01-06 physics.optics
High-responsivity vertical-illumination Si/Ge uni-traveling-carrier photodiodes based on silicon-on-insulator substrate
Si/Ge单向载流子光电二极管在克服空间电荷效应和抑制热效应的同时,具有更高的输出电流,这对于提高各种微波光子系统的动态范围和简化不同应用中的高比特率数字接收机是非常有益的。从封装的角度来看,具有垂直照明配置的探测器可以通过拾取和放置工具轻松处理,并且是制造光接收器模块的热门选择。然而,垂直照明Si/Ge单向传播载波(UTC)器件受到高速和高响应度之间的相互约束。本文报道了一种基于绝缘体上硅衬底的高响应度垂直照明Si/Ge UTC光电二极管。由于相长干涉,器件的最大吸收效率是硅衬底的2.4倍。成功地制造了Si/Ge UTC光电二极管,并且在1550 nm处具有0.18 A/W的主导响应度,即使在Ge吸收层薄25%的情况下也提高了50%。
2015-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Modified uni-travelling-carrier photodiodes with 206 GHz bandwidth and 0.81 A/W external responsivity
ShanghaiTech University(上海科技大学);Fastphide Photonics(飞谱光子);Fudan University(复旦大学)
通过优化电场分布、载流子传输和寄生电容,实现了带宽超过200 GHz、带宽效率积超过130 GHz的InP基波导集成改进型单行载流子光电二极管,并展示了120 Gbps的54米无线传输。
2026-05-27 physics.app-ph physics.optics
D-band MUTC Photodiode Module for Ultra-Wideband 160 Gbps Photonics-Assisted Fiber-THz Integrated Communication System
针对无线通信带宽与功率不足的问题,研发了带WR-6波导输出的D波段MUTC-PD模块,经结构优化与封装后实现宽频带平坦响应,应用于光纤-太赫兹系统达成160 Gbps高速传输,为超高速太赫兹通信提供支撑。
2024-12-12 physics.app-ph physics.optics
Self-synchronizing scheme for high speed computational ghost imaging
计算鬼像成像需要获取大量的参考图案和场景之间的相关测量用于重建,因此极高的采集速度对于快速鬼像成像至关重要。随着技术的发展,高频照明和探测器都是可用的,但它们的同步需要技术要求定制,并且缺乏针对不同设置配置的灵活性。本文提出了一种自同步方案,通过引入一种高精度的同步技术和相应的算法,可以消除这个困难。我们在物理上实现了所提出的方案,使用20kHz的空间光调制器来产生随机二进制模式,以及用于高速鬼成像的速度快100倍的光电二极管,并且采集频率比最先进的快14倍左右。
2014-07-26 physics.optics
Cryogenic photonic link using an extended-InGaAs photodiode and short pulse illumination towards high-fidelity drive of superconducting qubits
本研究针对超导量子比特控制读出需求,采用扩展InGaAs光电二极管与短脉冲照明构建低温光子链路,实现1550nm波段高响应、散粒噪声极限SNR提升及双频微波脉冲复用,为大规模量子计算的低噪声高效光子链路提供路径。
2024-12-31 physics.app-ph physics.optics
High-precision Distribution of Highly-stable Optical Pulse Trains with Sub-10-fs Timing Jitter
高精度光脉冲序列的光纤传输在许多领域产生了巨大的影响。在大多数已发表的工作中,精度仍然从根本上受到一些不可避免的噪声的限制,例如来自传统光电二极管的热噪声和散粒噪声,来自混频器的热噪声。在此,我们提出一种新的高精度定时分配系统,通过使用高精度相位检测器来克服这些限制。我们不使用光电二极管和微波混频器,而是使用多个基于光纤Sagnac环的光-微波相位检测器来实现光电转换和相位测量,以抑制噪声并实现超高精度。一个10公里的光纤链路分布实验表明,我们的系统提供了一个4.6*10-15@1-s和6.1*10-18@10000-s的水平的剩余不稳定性,与集成的定时抖动低至3.8 fs的带宽为1 Hz至100 KHz。这种低的不稳定性和定时抖动使得我们的系统可以用于光学时钟分配或需要极高精度频率时间同步的设备的应用。
2014-02-23 physics.optics
Zeptosecond-level timing-noise floor in optical-to-terahertz photomixing
IMRA America, Inc(IMRA美国公司);Kyushu University(九州大学);The University of Tokyo(东京大学)
本研究识别并抑制高功率单渡越载流子光电二极管光到太赫兹转换的额外噪声机制,测得WR-3.4波段定时噪声基底低于10 zs/√Hz,证实直接光混频可实现太赫兹源的超低白定时噪声基底。
2026-10-14 physics.optics
THz-to-Optical Conversion in Wireless Communications Using an Ultra-Broadband Plasmonic Modulator
未来的无线通信网络必须处理每条链路数十甚至数百Gbit/s的数据速率,这需要未分配的太赫兹(THz)频谱中的载波频率。在这种情况下,THz链路与现有光纤基础设施的无缝集成对于通过光传动系的可靠和几乎无限的容量来补充无线网络的固有便携性和灵活性优势是非常重要的。在技术层面上,这需要新的设备和信号处理概念,用于THz和光域之间的数据流的直接转换。在这里,我们报告的第一个演示的太赫兹链路,无缝集成到光纤网络使用直接太赫兹到光(T/O)转换在无线接收器。我们利用一个超宽带硅等离子体调制器具有超过0.36太赫兹的3 dB带宽的T/O转换的50 Gbit/s的数据流,在0.2885太赫兹载波上传输超过16米长的无线链路。无线发射机的光-太赫兹(O/T)转换依赖于单向传播载波光电二极管中的光混合。
2018-11-06 physics.app-ph physics.optics
Simulation of Ge on Si Photodiode with photon-trapping micro-nano holes with -3dB bandwidth of >60 GHz at NIR wavelength
本文提出并仿真一种带随机微纳光子俘获孔的超薄 BSI Si 基 Ge 光电探测器,通过 350 nm Ge 层与电荷输运耦合优化,实现 >60 GHz 带宽和 80% 以上吸收效率。
2024-04-09 physics.app-ph physics.optics
Terahertz Generation and Detection through Gain-Enhanced Interband Photomixing in Quantum Well Structures
University of California(加州大学洛杉矶分校);Los Angeles(加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究院);California NanoSystems Institute, University of California;Los Angeles
本文提出利用量子井PIN光电二极管中的增益增强能带光混频实现可调太赫兹波生成与检测,提升功率效率和灵敏度,为紧凑型太赫兹光电系统奠定基础。
2026-04-10 physics.app-ph physics.optics
Towards high-power, high-coherence, integrated photonic mmWave platform with microcavity solitons
毫米波(mmWave)技术由于其在无线通信、雷达和光谱学中的广泛应用而继续引起极大的兴趣。与纯电子解决方案相比,基于光子的毫米波产生提供了宽带宽、低功耗和通过低损耗光纤进行远程传输。然而,在高频下,光子系统存在两个主要挑战:光电二极管的功率滚降和直接来自激光器的大信号线宽。在这里,我们展示了一种新的光子毫米波平台,它将集成微谐振器孤子和高速光电二极管相结合,以解决功率和相干性方面的挑战。被固有地锁模的孤子被测量为通过毫米波拍音之间的相长干涉提供5.8dB的附加增益,并且绝对毫米波功率接近100GHz处的传统外差检测的理论极限。在我们的自由运行系统中,孤子能够将毫米波线宽从泵浦激光器的线宽减小两个数量级。我们的工作利用微谐振器孤子和高速改进的单向行进载波光电二极管,为毫米波应用提供了一条可行的芯片级高功率,低噪声,高频源。
2020-09-24 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Silicon Waveguides for High-Speed Optical Transmissions and Parametric Conversion around 2 $μ$m
我们表明,单模硅波导有效地维持高速传输在2 $μ$ m。我们报告的传输10 Gbit/s的信号超过7厘米的功率惩罚低于1分贝。在连续波制度的参数转换也证明了使用相同的波导结构与转换窗口超过70 nm和高达-25 dB的效率,可以进一步增加在脉冲泵浦制度。
2018-11-12 physics.app-ph physics.optics
Design of Energy-Efficient Cross-coupled Differential Photonic-SRAM (pSRAM) Bitcell for High-Speed On-Chip Photonic Memory and Compute Systems
本文提出一种基于交叉耦合微环谐振器和差分光电二极管的节能差分光子SRAM位单元,实现40GHz读写速度与低能耗,适用于大规模片上光子存储与计算系统。
2025-03-25 physics.optics
Measuring the frequency response of optically pumped metal-clad nanolasers
我们报告我们的初步尝试,以表征金属包层纳米激光器的固有频率响应。探测的纳米激光器是光学偏置和调制的,允许使用高速光电二极管在每个调制频率下检测发射的信号。基于这种技术,通过测量D因子来评估纳米激光器高速运行的前景,D因子是谐振频率与其输出功率的平方根之比(fR/P_out^2)。我们的测量结果表明,对于纳米激光器,这个因素是一个数量级大于其他国家的最先进的直接调制半导体激光器。基于速率方程模型的理论分析和有限元方法对腔体的模拟与测量结果完全一致。
2019-06-25 physics.optics
High-Bandwidth Extended-SWIR GeSn Photodetectors on Silicon Achieving Ultrafast Broadband Spectroscopic Response
$2-2.5\,μ$ m波长范围内的高频脉冲发射器的可用性为超快光谱学、自由空间和光纤通信、监视和识别、人工智能和医学成像等领域的大量新应用铺平了道路。然而,开发这些新兴技术及其大规模使用取决于高速,低噪声和具有成本效益的光电探测器的可用性。从这个角度来看,在这里,我们展示了生长在硅片上的锗锡光电二极管,具有高宽带操作,覆盖了扩展的短波红外范围,在室温下的峰值响应度为0.3 A/W。这些GeSn器件表现出高带宽,达到7.5 GHz,在5 V的偏置与2.6 $μ$ m截止波长,和他们的集成在超快时间分辨光谱应用证明。除了能够在2.3 $μ$ m处实现时间分辨电致发光之外,GeSn探测器的高速操作还被用于诊断具有在2.5 $μ$ m处的皮秒范围内的时间分辨率的超连续谱激光的超短脉冲。建立这些能力突出了硅集成高速扩展SWIR应用的可制造GeSn光电二极管的潜力。
2021-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Quantum frequency conversion and single-photon detection with lithium niobate nanophotonic chips
本文在LNOI纳米光子平台上实现了连接电信波段与近可见光波段的低噪声量子频率转换芯片,并基于该芯片构建了片上上转换单光子探测器,为芯片级量子系统应用奠定基础。
2022-09-18 physics.optics quant-ph
Chiral state conversion near an exceptional point: speed-noise competition
School of Information Engineering, Zhejiang Ocean University(浙江海洋大学信息工程学院)
研究非赫罗米蒂安系统在接近奇点时旋向态转换的动力学,揭示速度与噪声对旋向度量的竞争作用,提出非旋向度量χ_c并分析其在噪声下的行为。
2026-04-26 physics.optics quant-ph
High speed single photon detection in the near-infrared
InGaAs雪崩光电二极管(APD)便于在包括光纤通信波段(1.31/1.55 $μ$ m)的近红外(NIR)中进行单光子检测。然而,为了抑制后脉冲噪声,由于捕获雪崩电荷,他们必须与MHz的重复频率门控,从而严重限制了近红外应用中的计数率。在这里,我们显示了InGaAs-APD的门控频率远远超过1 GHz。使用自差分技术来感测弱得多的雪崩,我们大大减少后脉冲噪声。在1.25 GHz,我们得到的检测效率为10.8%,后脉冲概率为6.16%。此外,该检波器具有低抖动(55 ps)和100 MHz计数率的特点。
2007-07-29 physics.ins-det physics.optics quant-ph
All-photonic W-band terahertz receiver based on THz-to-optical carrier conversion with soliton microcomb dual carriers for high-speed OOK wireless transmission
Graduate School of Sciences and Technology for Innovation, Tokushima University(德岛大学科学技术研究生院);Institute of Post-LED Photonics (pLED), Tokushima University(德岛大学后LED光子学研究所);Institute of Photonics and Human Health Frontier (IPHF), Tokushima University(德岛大学光子学与人类健康前沿研究所);Center for Higher Education and Digital Transformation, University of Yamanashi(山梨大学高等教育与数字化转型中心);National Institute of Information and Communications Technology(信息通信技术研究所);Department of Electrical, Electronic and Computer Engineering, Gifu University(岐阜大学电气电子计算机工程系);Department of Electrical and Mechanical Engineering, Nagoya Institute of Technology(名古屋工业大学电气机械工程系)
本研究提出基于孤子微梳双载波的全光太赫兹接收机,实现高速OOK无线传输,验证了其高Q因子和低误码率性能,为6G网络中的无线-光学融合提供新方案。
2025-10-26 physics.optics
Integrated lithium niobate photonic computing circuit based on efficient and high-speed electro-optic conversion
本文提出基于薄膜铌酸锂的光子计算加速器,利用电光效应实现1.36 TOPS高速计算和0.057 pJ/OP低能耗,支持多种分类任务,并兼容集成激光器与探测器,补充硅光子学。
2024-11-05 physics.app-ph physics.optics
Classically entangled optical beams for high-speed kinematic sensing
快速运动物体的运动学跟踪是科学和工程领域的重要诊断工具。现有的光学方法包括高速CCD/CMOS成像,条纹相机,激光雷达,串行时间编码成像和顺序定时全光学映射。在这里,我们展示了一种全新的方法,位置和方向传感的基础上的概念,经典纠缠矢量光束。测量原理依赖于这种光束中存在的横向空间模式和偏振之间的固有相关性。后者可以从强度测量中确定,只需几个快速光电二极管,大大超过了当前CCD/CMOS器件的带宽。通过这种方式,我们的设置能够实现具有GHz范围内的时间分辨率的二维实时感测。我们希望这一概念能为基于光子学的计量和传感开辟新的方向。
2016-01-15 physics.optics quant-ph
Monolithic photonic chips for multi-channel frequency mixers and single photon detectors
钛酸锂光子芯片凭借其优异的光学性能,可以实现多种应用的光学工程。在这封信中,我们展示了单片光子芯片的多通道和频转换的基础上,反向质子交换周期性极化的锂硼酸盐波导,与不同的渠道表现出一致的和优秀的转换效率。为了获得强大的设备并为应用提供方便的接口,集成芯片与两个光纤阵列进行光纤耦合。然后,封装的芯片形成多通道上转换单光子探测器的核心。在每个通道中,输入信号与1950 nm单频泵浦激光器相互作用,并通过硅雪崩光电二极管对和频输出进行光谱滤波和检测。平均探测效率(DE)为23.2%,噪声计数率(NCR)为557计数每秒(cps),30个通道的标准偏差为2.73%和48 cps,以及邻近通道之间的光隔离(OI)大于71 dB,这对于单片光子芯片在深空激光通信、高速率量子密钥分发和单光子成像等领域的广泛应用是极好的。
2020-03-13 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
The Data Conversion Bottleneck in Analog Computing Accelerators
本文指出模拟计算加速器因数据转换产生性能瓶颈,通过案例研究评估自建光学傅里叶变换与卷积加速器,发现其仅在纯傅里叶变换和卷积任务中显著加速。
2023-12-30 cs.AR physics.optics
A Simple and Robust Balanced Homodyne Detector for High-Repetition-Rate Pulsed Sources
Università degli Studi di Milano(米兰大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano(意大利国家核物理研究所,米兰分部);Istituto di Fotonica e Nanotecnologie - CNR(光子学与纳米技术研究所-国家研究委员会)
本文设计并实验验证了一种优化用于高重复率脉冲光源的平衡锁频检波器,通过直接放大光电流避免了传统放大器的非线性问题,实现了高线性度和噪声限制的信号方差扩展。
2026-04-08 physics.optics quant-ph
Observing the nonclassical nature of ultra-broadband bi-photons at ultrafast speed
我们以创纪录的高速观察超宽带双光子的非经典性质,与Hong-Ou-Mandel干涉或和频产生的标准技术相比,将测量时间减少了四个数量级。我们测量的宽带双光子的量子态,振幅和相位,与成对的“马赫-曾德尔”量子干涉仪,其中在一个非线性晶体中产生的双光子增强(建设性干涉)或减少(相消干涉)在另一个晶体,这取决于双光子的相位。我们通过观察条纹可见度对内部损耗的依赖性来验证干涉的量子性质。由于相消干涉等同于试图在第二晶体中(通过上转换)消除在第一晶体中(通过下转换)产生的双光子,所以条纹可见度是宽带光的量子双光子纯度的量度。测量加速是由于在单个双光子的上转换效率中来自强泵浦($\!\sim\!10^{7-9}$)的大的类零差增益,这使得能够使用完整的超高光子通量的简单光电检测而不是单光子/符合计数。
2014-12-07 physics.optics quant-ph
A 3.584 Tbps coherent receiver chip on InP-LiNbO3 wafer-level integration platform
本文开发了可扩展的InP-LiNbO3晶圆级异质集成平台,实现带宽140 GHz的超高速光电二极管和总容量3.584 Tbit/s的七通道相干接收芯片,为Pbps级数据中心互连及毫米波/太赫兹应用提供可行路径。
2025-05-06 physics.app-ph physics.optics
Si-rich silicon-nitride waveguides for optical transmissions and towards wavelength conversion around 2 $μ$m
我们表明,亚波长富硅氮化物波导有效地维持高速传输在2 $μ$ m。我们报告的传输10 Gbit/s的信号超过3.5厘米,可以忽略不计的功率损失。在脉冲泵浦制度的参数转换也表明使用相同的波导结构的效率高达-18分贝。
2019-05-02 physics.app-ph physics.optics
Self-configuring high-speed multi-plane light conversion
本文提出了一种自配置高速多平面光转换器,通过现场优化算法和MEMS相位调制器实现快速切换,可高效转换随机散斑输入至确定性模式输出。
2025-01-23 physics.app-ph physics.optics