Brillouin Optomechanics in Coupled Silicon Microcavities
光学和机械波的同时控制使得一系列基础和技术突破成为可能，从超稳定频率参考装置的演示到激光冷却实验中量子经典边界的探索。最近，已经在布里渊区的集成纳米波导和微腔中观察到这种光-机械相互作用，其中短波长机械模式在几GHz处散射光。在这里，我们工程师耦合光学微腔光谱，使低阈值激发的机械行波模式，通过后向受激布里渊散射。探索后向散射，我们提出了支持超高频模式（$\sim25$ GHz）和大的光机械耦合率（$g_0/2π\sim 50$ kHz）的微腔设计。
2016-09-29 physics.optics
Third-order Self-action Effects in Photonic Microcavities
研究了光子微腔中的三阶非线性光学效应。在薄的非线性微腔间隔物中观察到显著的光散焦。当激发微腔模时产生与辐射强度成正比的大非线性偏振旋转角时，检测到偏振自作用效应。
2009-02-16 physics.optics
Brillouin lasing in coupled silica toroid microcavities
本文研究了强耦合微腔系统中的受激布里渊散射（SBS）激光。通过耦合两个石英环形微腔，我们实现了11 GHz的大模式分裂，其频率分离匹配的布里渊频移的二氧化硅。SBS光通过在超模分裂共振的较高频率侧泵浦而共振放大。由于通过改变两个腔之间的间隙距离来调节模式分裂，因此我们的系统不需要精确控制mm尺寸的腔直径以使自由光谱间隔与布里渊频移相匹配。它还允许我们使用一个小腔，因此我们的系统有可能在非常低的功率下实现激光阈值。
2017-12-25 physics.optics
PT Symmetry Breaking and Nonlinear Optical Isolation in Coupled Microcavities
本文对具有增益和损耗的耦合微腔非线性光隔离器进行了理论研究。使用耦合模理论，我们推导出一个对应的边界之间的渐近稳定的非线性政权，增益饱和的存在，和PT打破过渡的基本线性系统。对于零失谐和弱输入强度，可以严格推导出光隔离的起始点，并精确对应于PT转变点。当到外部端口的耦合不相等时，隔离比在过渡点处表现出由耦合比确定的突变。这可以被利用来实现主动控制的非线性光学隔离器，其中可以使用谐振器间分离的微小变化来打开或关闭强光学隔离。
2016-03-24 physics.optics
Localized surface plasmons selectively coupled to resonant light in tubular microcavities
垂直金纳米间隙上创建的微腔和表面等离子体激元定位在纳米间隙的微腔支持的共振光之间的耦合进行了探索。光学轴向模式和局部表面等离子体激元的选择性耦合关键取决于金纳米间隙在微腔上的精确位置，这可以通过将特别设计的薄介质膜卷起成三维微管环形谐振器来方便地实现。基于微扰理论，用修正的准势模型解释了耦合现象。我们的工作揭示了耦合的表面等离子体共振局域在纳米尺度上的光共振限制在微管腔在微观尺度上，这意味着一个很有前途的策略，调查光-物质相互作用。
2016-04-06 physics.optics
Spectral engineering of coupled open-access microcavities
开放式微腔作为一种新的方法出现，以限制和工程师在模式体积下的光到$λ^3$制度。它们提供对高度受限的电磁场的直接访问，同时保持系统的可调谐性和耦合到一系列物质系统的灵活性。本文介绍了一种耦合腔的研究，其中基板的生产使用聚焦离子束铣削。在实验和理论研究的基础上，论证了曲率半径为\SI{6}{\micro\meter}的两个微腔之间的耦合工程。通过研究从隔离腔到耦合腔的过渡过程中光谱、空间和偏振特性的演变，提供了详细信息。正常模式分裂高达20毫电子伏观察到的总模式体积周围$10 \times λ^3$。这项工作是重要的，为未来的发展实验室芯片传感器和光子开放存取设备，从极化子系统到量子模拟器。
2015-12-09 physics.optics
Coupled high-finesse optical Fabry-Perot microcavities
本研究通过直接光子隧穿实现两个高精细度光纤法布里-珀罗微腔的耦合，验证了不同横模耦合强度与耗散速率的可变性，还观测到动力学推广的电磁诱导透明产生的窄光谱特征，揭示无亚稳态耗散系统也可存在长寿命相干态。
2023-11-16 physics.optics
Terahertz pulse generation via optical rectification in photonic crystal microcavities
采用三维全矢量非线性时域分析方法，数值研究了光子晶体微腔非共振泵浦产生太赫兹辐射。高品质因数和二次极化率导致通过光学整流的几个周期的太赫兹脉冲。材料色散以及线性和非线性各向异性是充分占。
2005-01-13 physics.optics
Ultra-compact and wide-spectrum-range thermo-optic switch based on silicon coupled photonic crystal microcavities
我们设计、制作并实验验证了一种紧凑型热光门开关，它包括一个位于绝缘体上硅衬底上的3.78 μ m长的耦合L0型光子晶体微腔。在每个L0光子晶体微腔的中心插入一个纳米孔。相同的微腔之间的耦合引起耦合的光子分子的成键和反键状态。数值模拟和实验验证了耦合光子晶体微腔的透射谱具有6 nm宽的平底谐振，比微腔具有更宽的工作光谱范围。集成的微型加热器与硅芯直接接触，以有效地驱动器件。该开关的消光比为20 dB，开关功率为18.2 mW，热光调谐效率为0.63 nm/mW，上升时间为14.8 μ s，下降时间为18.5 μ s。在传输频带上测得的片上损耗低至1 dB。
2016-01-19 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
Design of diamond microcavities for single photon frequency down-conversion
我们提出了单片金刚石腔，可用于转换的颜色中心的Fock状态的单光子从发射波长到电信波段。我们提出了一个详细的理论描述的转换过程中，分析重要的实际问题，如非线性相移和频率失配。我们的分析预测可持续的功率要求（$ \lesssim 1~\mathrm{W}$）的芯片级非线性器件具有高转换效率。
2015-04-10 physics.optics
Polarization dependence of nonlinear wave mixing of spinor polaritons in semiconductor microcavities
在半导体微腔中传播的激子-极化激元的赝自旋动力学被认为受到TE-TM分裂的强烈影响。作为一个生动的结果，在瑞利散射制度，TE-TM分裂引起的光学自旋霍尔效应（OSHE）。关于它在非线性光学领域中的作用知之甚少，其中四波混频例如允许在极化激元密度中形成空间图案，使得在远场中可以观察到六边形和两点图案。在这里，我们提出了一个详细的分析自旋相关的四波混频过程，通过结合（线性）物理的TE-TM分裂与自旋相关的非线性过程，即，激子-激子相互作用和费米相空间填充。我们的理论和实验相结合的研究阐明了四波混频过程的复杂物理，管理偏振和取向的离轴模式。
2015-12-04 physics.optics
Adding SALT to Coupled Microcavities: the making of active photonic molecule lasers
多年来，在研究单腔和耦合微腔的光学性质方面积累了大量的工作，这些微腔用于各种应用，从滤波器到传感器和激光器。焦点主要集中在单个谐振器的几何形状和/或它们在通常被称为光子分子（PM）的布置中的组合上。我们的主要关注点将是作为集成微激光器，光子分子激光器的理想候选人的PM的激光特性。而大多数计算PM激光器的基础上冷腔（被动）模式，即准束缚态，最近制定的稳态从头计算激光理论（SALT）提供了可能性，考虑到潜在的增益跃迁的光谱特性，其位置和线宽，以及纳入任意的泵配置文件。我们将结合两种理论方法来表征PM激光器的激射特性：对于二维系统，广义Lorenz-Mie理论将获得由SALT描述的活性介质中耦合分子的共振模式。不仅理论描述更加完整，而且活性介质的使用提供了额外的参数来控制、设计和利用PM激光器的激光特性，以实现超低阈值和定向单模发射。
2014-05-01 physics.optics
Spectral Engineering with Coupled Microcavities: Active Control of Resonant Mode-Splitting
本文提出通过主动控制耦合微腔中反向传播模式激发，实现可重构宽范围可调的模式分裂，并利用35 mW微加热器演示80 GHz分裂到单陷波转变，同时有效抑制寄生谐振偏移。
2015-05-26 physics.optics
Designs toward synchronization of optical limit cycles with coupled silicon photonic crystal microcavities
驱动高Q硅微腔是已知的表现出极限环振荡起源于载流子诱导和热光非线性。提出了一种利用硅光子晶体微腔实现同步光学极限环振荡的新型纳米光子器件。在这里，耦合极限环振荡器是通过使用相干耦合的硅光子晶体微腔实现的。通过模拟耦合模方程，我们从理论上证明了相干耦合引起的两个极限环的相互同步（夹带）。此外，我们解释了数值模拟同步的相位描述的框架。由于我们提出的设计是完全兼容当前的硅光子学制造工艺，光学极限环振荡的同步将在未来的硅光子电路中实现。
2020-09-08 cond-mat.mes-hall nlin.AO physics.optics
Nonreciprocity light propagation in coupled microcavities system beyond weak-excitation approximation
提出了一种非互易光在两个耦合腔系统中传输的方案，其中一个光学微腔与一个二能级量子发射体耦合。对于奇偶校验时间（\textrm{PT}）系统的情况（即，主动-被动耦合腔系统），在弱激发近似下，腔增益可以显著增强量子发射体与腔场相互作用引起的光学非线性。在适当的参数范围内，由于巨非线性效应，光传输可以实现高隔离度、无损耗的非互易传输。此外，我们的计算表明，非互易光的传输不会受到光学双稳引起的不稳定输出光强的影响，甚至可以通过适当地调节系统参数来切换非互易光的传输方向。
2016-05-06 physics.optics quant-ph
High-Q Lithium Niobate Microcavities and Their Applications
铌酸锂（LN）是一种优良的非线性光学和电光材料，在经典非线性光学、光纤通信和量子光子学中有着广泛的应用。在这里，我们回顾了最近的发展，薄膜LN技术，使LN光子器件和微腔的小型化与小品质因数。我们讨论了LN器件的设计原理，利用最大的非线性系数，各种设备的制造方法和由此产生的设备性能，以及LN微腔的当前和潜在的应用。
2020-11-16 physics.app-ph physics.optics
Skyrmions in scalar fields of non-Hermitian optical microcavities: spontaneous formation, nonlinear control, and optical forces
Paderborn University（帕德博恩大学）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀亚特光学科学学院）；Department of Physics, University of Arizona（亚利桑那大学物理系）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文在激子-极化激元凝聚体中，通过非共振激发自发产生孤立斯格明子和自组织斯格明子晶格，利用增益损耗诱导的相位曲率和极化子流实现拓扑光场的主动控制。
2026-06-01 physics.optics
Soliton regulation in microcavities induced by fundamental-second-harmonic mode coupling
具有同时的$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性的微梳产生为超宽带和潜在的自参考集成梳源带来了新的可能性。然而，涉及多个非线性过程的腔内场的演化显示出复杂的动力学，仍然知之甚少。在这里，我们报告的强孤子调控诱导的基本二次谐波（FD-SH）模式耦合。基于耦合的Lugiato-Lefever方程，研究了混沌孤子的形成。孤子的产生表现出更确定性的行为存在的FD-SH模式的相互作用，在鲜明的对比，通常情况下，孤子的数量和相对位置是随机的。根据基波和二次谐波之间的相位匹配条件和耦合系数，观察到了确定性的单孤子跃迁、孤子束缚和禁戒现象。我们的发现为研究同时具有$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性的微腔中的孤子动力学提供了重要的新见解，并可为利用此类平台产生宽带孤子梳提供直接指导。
2018-04-08 physics.optics
Stable integrated hyper-parametric oscillator based on coupled optical microcavities
我们提出了一个灵活的方案，基于三个耦合的光学微腔，允许实现稳定的振荡在微波范围内，其频率仅取决于腔耦合率。我们发现不同的动力学制度（软，硬激发）影响的振荡强度，但不是他们的周期。这种配置可以允许在集成光路上实现紧凑的超参数源，在通信、感测和计量学中具有有趣的应用。
2016-06-26 math.DS nlin.PS physics.optics
Abnormal high-$Q$ modes of coupled stadium-shaped microcavities
众所周知，具有完全混沌射线动力学的强变形微腔由于其快速混沌扩散到折射发射的临界线而不能支持高Q模。在这里，我们研究了如何修改的Q因子时，两个混沌腔耦合，并表明，一些模式，其Q因子约为10倍以上的相应的单腔，可以存在。这些异常的高Q模式是耦合和腔几何形状的最佳组合的结果。例如，在耦合的体育场形微腔中，模式图案在两个腔上延伸，使得其在两端遵循回音壁型模式，而在两个微腔的最接近接触处形成大耦合点。这种“圆形领结”模式的图案允许该模式具有高Q因子。这种模式图案使微腔两端的光泄漏最小化，因为两端的图案类似于回音壁模式。
2014-08-20 nlin.CD physics.optics
Harnessing quadratic optical response of two-dimensional materials through active microcavities
我们提出了一种有效地利用二维石墨烯类材料的二次光学响应的方法，从理论上研究从放置在平面有源微腔内的电流偏置片的二次谐波产生。我们表明，通过调谐腔谐振在第二谐波频率，实现了高效的倍频过程（几个数量级更有效的比独立片）。该过程的效率不是由于相位匹配，这是禁止的二维原子层状材料上的非线性二次响应的本地化，但它源于非线性介质的二维平面几何形状和在其阈值附近的有源腔内的场振荡之间的相互作用。所提出的方法可以很容易地扩展到不同的波的相互作用和非线性，因此它可以代表一个基本的工具，有效地利用二维材料的非线性光学特性。
2014-06-26 physics.optics
Exceptional rings in nonlinear non-Hermitian planar optical microcavities: implementation, signal enhancement, and topology
Paderborn University（帕德博恩大学）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学科学学院）；Department of Physics, University of Arizona（亚利桑那大学物理系）
研究非线性非厄密平面光学微腔中例外环的实现、信号增强及拓扑特性，揭示非线性对例外环拓扑结构的影响，提出通用框架用于工程设计。
2026-01-09 physics.optics
Theoretical and experimental study of stimulated and cascaded Raman scattering in ultra-high-Q optical microcavities
从理论和实验两方面研究了超高Q表面张力诱导的球形和片式环形微腔中的受激喇曼散射。这些微腔由二氧化硅制成，表现出小的模式体积（通常为1000 $μm^{3}$），并具有长光子存储时间（在100 ns的范围内）的回音壁型模式，显著降低了受激非线性光学现象的阈值。在品质因数为1亿的微腔中，观察到小于100 $μ$ % -瓦的发射光纤泵浦功率的振荡阈值水平。通过对泵浦模式和喇曼回音壁模式的耦合模方程的稳态分析，导出了UHQ器件中受激喇曼散射的阈值、效率和级联特性。实验结果证实，在电信波段（1550 nm）使用锥形光纤作为高效的波导耦合元件的泵浦和信号提取。测量了器件性能对耦合、品质因数和模态体积的依赖关系，发现与理论符合得很好。这包括级联拉曼散射的阈值和效率的分析。同时，我们还对球形微腔和环形微腔的非线性振荡特性进行了比较研究。除了晶片级几何结构的优点之外，包括与光学、电气或机械功能的集成，片上微环在宽范围的泵浦功率上表现出单模拉曼振荡。
2004-11-04 physics.optics
Interaction-induced hopping phase in driven-dissipative coupled photonic microcavities
玻色-哈伯德模型（BHM）的本质是玻色子在不同位置之间的跳跃和相互作用。受光晶格中原子的BHM模拟器成功的启发，出现了在耦合非线性腔中实现光子BHM的建议。两个耦合的半导体微腔构成了一个模型系统，激子极化激元的跳跃，相互作用和衰减-混合轻物质准粒子-可以结合选址相干驱动来实现驱动耗散双位光学BHM。在这里，我们探讨在这个系统中的干扰和非线性的相互作用，在一个政权，在相同的驾驶条件下，可以观察到三个不同的密度分布。我们演示了如何通过有效的极化激元-极化激元相互作用来控制腔之间的极化激元跳跃所获得的相位。我们的结果为二维多腔系统中极化激元的密度相关规范场的合成开辟了新的前景。
2016-02-23 physics.optics quant-ph
Enhancement of the second-harmonic generation based on the cascaded second- and third-order nonlinear processes in a multimode optical microcavity
光学微腔常被用来实现增强的非线性光学相互作用，以获得高效率的二次谐波。随着抽运功率的增加，非线性频率转换的效率可以进一步提高，但同时也会出现其他一些不需要的非线性效应，导致复杂的动力学或不稳定性。在这里，我们研究级联的二阶和三阶非线性过程之间的相互作用，并调查他们对微腔中的二次谐波产生的影响。结果表明，当多模腔在基模处被强泵浦时，出现了非简并光参量振荡（OPO），并且$χ^{(3)}$过程的存在可以显著改变OPO阈值。利用OPO与四波混频的干涉作用，甚至可以突破OPO对二次谐波模效率的限制。微腔中非线性光学过程之间的相干相互作用有助于探索腔非线性光子学中的新物理。
2018-05-22 physics.optics
Hydrophobic Silica Microcavities with Sustainable Nonlinear Photonic Performance
针对二氧化硅微腔在空气中Q值易退化的问题，提出一种新型疏水超高Q二氧化硅微腔，能防止Q值随时间退化并实现可持续超低阈值的光学频率梳，推动下一代光子应用。
2023-07-28 physics.app-ph physics.optics
Unconventional photon blockade in doubly resonant microcavities with second-order nonlinearity
结果表明，非中心对称材料与散装二阶非线性极化率可以用来产生强烈的反聚束辐射在任意波长，仅由适当的工程耦合微腔的谐振行为确定。所提出的方案利用了非常规的光子阻塞的相干驱动场在耦合腔系统的输入，其中两个腔之一被设计为在基波和二次谐波频率，分别谐振。值得注意的是，非常规阻塞机制在两个谐波处以合理低的品质因数发生，并且不需要第二腔的尖锐双谐振条件，从而证明其在当前半导体技术下的可行性。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
All-optical nonlinear phase modulation in open semiconductor microcavities
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)（法国国家科学研究中心纳米科学与技术中心）；Department of Materials, University of Oxford（牛津大学材料系）
研究利用开放半导体微腔实现超低功率光-光相位调制，在强光-物质耦合下实现交叉相位调制，为量子信息处理和非线性量子光学带来进展，为可扩展量子光学技术开辟新途径。
2026-07-22 cond-mat.other physics.optics
Low-temperature tapered-fiber probing of diamond NV ensembles coupled to GaP microcavities
在这项工作中，我们提出了一个平台，用于测试腔发射器系统的设备性能，使用的合奏发射器和锥形光纤。该方法提供了腔模式的高对比度光谱，耦合到腔的发射器的选择性检测，以及在单发射器情况下的器件性能的估计。利用金刚石中的氮空位（NV）中心和GaP光学微腔，我们能够在10 K下将腔调谐到NV共振，将腔耦合发射耦合到锥形光纤，并测量光纤耦合NV自发发射衰减。从理论上讲，我们表明，光纤耦合的平均珀塞尔因子是2-3倍大于自由空间收集，虽然由于合奏平均它仍然是一个因素的3小于一个单一的，理想的中心珀塞尔因子。
2011-02-25 physics.optics quant-ph
Parametric instability in coupled nonlinear microcavities
我们报告的观察参数不稳定性的非平衡稳态的两个耦合克尔微谐振器相干驱动的激光。使用共振激发，我们将系统驱动到一个不稳定的制度，在那里我们观察到强烈的外观和良好解决边带模式的发射光谱。该特征是腔内场的自持振荡的特征签名。我们全面模拟我们的研究结果使用半经典朗之万方程的腔场动力学结合线性稳定性分析。我们的半导体平台的固有的可扩展性，丰富了一个强大的克尔非线性，是有前途的实现集成的光学参量振荡器网络工作在一个少光子制度。
2019-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultralong distance coupling between asymmetric resonant microcavities
研究了两个非对称谐振微腔之间的超长距离耦合。与传统的短距离隧穿耦合不同，高效率的自由空间定向发射和激发允许ARC之间的超长距离能量传输。本文针对折射率n = 2.0的材料设计了一种新型的单向发射ARC，其方向性I40 = 0.54。与普通回音壁微谐振器相比，即使腔间距远大于波长，耦合单向发射ARC也表现出对谐振频率和线宽的调制。利用耦合模理论，详细分析和研究了ARC之间超长距离相互作用的性能和特性。ARC之间的超长距离相互作用为基于自由空间的光互连提供了新的途径。
2013-10-08 physics.optics
Switchable lasing in coupled multimode microcavities
提出了可切换多模微激光器的新概念。作为一个通用的，现实的模型，多模微谐振器的两个耦合缺陷的二维光子晶体的系统被认为是。我们从理论上证明，激光腔进入一个选定的谐振腔模式，可以通过注入适当的光脉冲在激光作用的发病（注射播种）。通过直接数值解证明了在短的冷却期后通过重新播种腔的时间模式到模式的切换。从激光双稳性的角度对模式转换作了定性的分析解释。
2007-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Polariton lasing and energy-degenerate parametric scattering in non-resonantly driven coupled planar microcavities
本研究在垂直耦合双平面微腔中实现非平衡激子-极化激元凝聚与低阈值双波长激射，观测到非共振驱动下的能量简并参量散射支间转移，并用含开放耗散Gross-Pitaevskii方程的速率方程进行理论阐释，为光子器件研发提供新平台。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum nonlinear optics with polar J-aggregates in microcavities
我们发现，具有永久电偶极矩的有机染料分子嵌入微腔中的系综可以在单光子水平上导致强的光学非线性。由于它们的永久偶极子，发色团之间的强长程静电相互作用引入了微腔中光-物质耦合的所需非线性。我们得到了在激子-光子与腔场强耦合的影响下，弱探测场的吸收谱。使用现实的参数，我们表明，一个单一的腔光子可以显着修改介质的吸收和色散响应的探测光子在不同的频率。最后，我们表明，该系统是在一个广泛的透明窗口染料二聚体的腔诱导透明的制度。我们说明了我们的研究结果使用伪异氰氯化物（PIC）J-聚集体在目前可用的光学微腔。
2014-09-05 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Unconventional optical microcavities hosting multiple exceptional points
近年来，在非厄米量子系统中发现的隐藏奇点（称为例外点），由于其独特的非常规物理效应，引起了物理学界的极大兴趣。有效地为这样的系统的EP出现作为一个迷人的拓扑缺陷，两个相互作用的本征态的系统合并。在这项工作中，我们报告发生EP通过避免交叉之间的耦合共振态在光学微腔与空间变化的增益损耗分布，光学模拟的非厄米系统。通过适当定制的系统开放度和耦合强度，内部耦合谐振可以在同时存在损耗和增益的介质中表现出EP。研究了当系统的控制参数以包围EP的方式发生动态变化时，复能量平面上的能量本征值和相应的本征态的特征行为.在这封信中，我们第一次利用上述方案来分析光学性能的稳定性和刚度的微腔同时托管这样多个EP。
2016-03-07 physics.optics
Neodymium Photoluminescence in Whispering Gallery Modes of Toroidal Microcavities
我们报告从高Q钕注入硅微环的光发射。在描述了微环的制作工艺之后，分析了钕的发光。这种发射耦合到各种腔模式。利用倏逝波耦合，我们实现了选择性检测微环的回音壁模式。
2008-11-14 physics.optics quant-ph
Unconventional next nearest neighbor resonance coupling and states flipping mechanism in degenerate optical microcavities
我们报告了一种特殊配置的非厄米光学微腔，施加空间不平衡的增益-损耗分布，主机独家提出的下一个最近邻共振耦合方案。采用散射矩阵（S-矩阵）的形式主义，这种建议的谐振相互作用和在微腔中的非厄米性之间的相互作用的效果进行了分析，提请特别注意隐藏的奇点，即例外点（EP）的存在，其中至少有两个耦合谐振合并。我们建立绝热状态翻转现象的耦合共振在复频率平面（k-平面），这基本上是一个结果的事实，即相应的EP被包围在系统参数平面。遇到这样的多个EP，状态翻转现象的鲁棒性已被分析，通过连续调谐耦合参数沿一个特殊的隐藏的奇异线，连接所有的EP在腔中。这样一个数值设计的腔，结合排他性的下一个邻居耦合方案，已被设计为第一次研究在EP附近的非常规光学现象。
2017-04-17 physics.optics
High sensitivity air-coupled MHz frequency ultrasound detection using on-chip microcavities
由于其双共振增强的灵敏度，腔光学机械系统提供了一个理想的平台，超声传感。在这项工作中，我们实现了高灵敏度的空气耦合超声传感从千赫（kHz）到兆赫（MHz）的频率范围的基础上回音壁模式微腔。使用具有高光学Q因子（~10^7）和机械Q因子（~700）的57 μ m直径的微环，我们在0.25-3.2 MHz的频率范围内实现了46 uPa Hz ^{-1/2}-10 mPa Hz^{-1/2}的灵敏度。在0.6 MHz的频率范围内，在2.56 MHz的机械谐振周围实现热噪声限制灵敏度。我们还观察到二阶和三阶机械边带，并定量研究了每个机械边带的强度作为机械位移的函数。测量所有边带处的信噪比的组合具有扩展超声感测的动态范围的潜力。此外，为了提高超声在kHz频率范围内的灵敏度，我们使用了直径为200 μ m的微盘，并且在30 kHz-1.65 MHz范围内实现了1.83 uPa Hz^{-1/2}-10.4 mPa Hz^{-1/2}的灵敏度。
2022-06-11 physics.app-ph physics.optics
Van der Waals functionalization of ultrahigh-Q silica microcavities for $χ^{(2)}$-$χ^{(3)}$ hybrid nonlinear photonics
本文提出通过原子级二硒化钨对超高Q二氧化硅微腔进行功能化，构建了二阶与三阶非线性磁化率可灵活调节的混合光子平台，实现了低功率下的二阶谐波与和频产生。
2023-11-23 physics.app-ph physics.optics
Suppressing spatio-temporal lasing instabilities with wave-chaotic microcavities
时空不稳定性是由复杂性和非线性引起的普遍现象。在大面积边发射半导体激光器中，多个空间模与有源介质的非线性相互作用会导致光的非线性效应和时空混沌。这些不稳定性降低了激光器的性能，并且非常难以控制。我们展示了一个强大的方法来抑制时空不稳定性使用波混沌或无序腔。在这种腔中，许多传播波与随机相位的干涉破坏了自组织结构如细丝的形成，从而导致稳定的激光动力学。我们的方法提供了一个通用的和强大的计划，以防止各种高功率激光器的非线性不稳定性的形成和增长。
2018-09-25 nlin.CD physics.optics
Observation of Gain Spiking and Nonlinear Beating of Optical Frequency Comb in a Microcavity
光学频率梳对于基础科学和要求宽频率跨度和超精密分辨率的应用都至关重要。基于非线性克尔效应的微腔光学频率梳的最新进展为紧凑型平台提供了新的机会，然而，内部腔增强的非线性仍然不清楚。在这里，我们展示了瞬态非线性动力学过程中的光学频率梳形成内克尔微腔。研究表明，非线性相位调制导致梳状线在谐振腔附近的自失谐，从而形成增益尖峰，这是稳定光学频率梳的一个关键机制。此外，通过注入外部探针来检测梳状线之间的非线性交叉相位调制，观察到了非线性拍频。非线性瞬态动力学揭示了克尔基光学频率梳隐藏的非线性特性，为在微腔中产生超宽、超稳、超快的频率梳指明了新的方向。
2017-03-31 physics.optics
Stokes Soliton in Optical Microcavities
孤子是一种通过自感势阱抵抗色散的波包。它们在许多领域中被研究，但由于它们在光纤波导中的形成和控制相对容易，因此在光学中特别众所周知。除了它们许多有趣的性质之外，孤子对于锁模激光器中光学连续谱的产生是重要的，并且被认为是远距离传输数据的自然方式。近年来，在微腔中实现了孤子，从而为微加工技术的应用带来了新的动力。本文报道了一种以前在光学系统中没有观测到的孤子--斯托克斯孤子。斯托克斯孤子的形成和再生是通过优化其在空间和时间上的拉曼相互作用来实现的。斯托克斯和初始孤子属于不同的横模族，并受益于一种形式的孤子捕获，这是新的微腔和孤子激光器一般。新的光孤子的发现可以影响光子学其他领域的工作，包括非线性光学和光谱学。
2016-06-16 physics.optics
Photon correlation measurements of stochastic limit cycles emerging from high-$Q$ nonlinear silicon photonic crystal microcavities
我们在受驱动的非线性高$Q$硅（Si）光子晶体（PhC）微腔中进行了光子相关[ $g^{(2)}(τ)$ ]的测量.当输入泵浦功率超过临界值时，测量的$g^{(2)}(τ)$表现出阻尼振荡行为。从实验和模拟之间的比较，我们的属性测量振荡的$g^{(2)}(τ)$的自脉冲（极限环）出现的光子，载流子和热动力学之间的相互作用。也就是说，$g^{(2)}(τ)$的振荡频率对应于极限环的振荡周期，而其有限的相干（阻尼）时间源于极限环的随机性质。从相位约化理论的观点出发，我们将测量到的$g^{(2)}(τ)$的相干时间解释为极限环广义相位的相干（扩散）时间。此外，我们表明，在激光输入功率的增加增强的相干时间的$g^{(2)}(τ)$的微秒的顺序，这可能是一个随机极限环通过泵浦的稳定性的演示。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall nlin.AO physics.optics
Modulating nonlinear optical responses in 3R-MoS$_2$ Fabry-Pérot microcavities
Tongji University（同济大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）；ITMO University（ITMO大学）
研究通过建立自洽框架，解析3R-MoS₂中非线性光学行为，揭示基频和谐波频率的FP效应与材料吸收的相互作用，为设计下一代范德瓦耳斯光子结构提供新方法。
2026-03-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
High-Speed Tunable Microcavities Coupled to Rare-Earth Quantum Emitters
片上光子器件的电光控制是实现高效集成光子学的重要手段。由于其大的电光系数和高的非线性，绝缘体上钛酸锂（LNOI）是用于片上光子学的新兴平台[1]。将量子发射器集成到LNOI中将其在经典光子学中的多用途扩展到量子计算和通信[2，3]。在这里，我们将单一的稀土离子（REI）的量子发射体在电光可调锂磷灰石（LN）薄膜，并展示LN微腔耦合到REI在160 GHz的频率范围内的控制与5 \mus开关速度。腔的动态控制使得能够以短的时间常数调制REIs的Purcell增强。使用Purcell增强，我们发现的证据，检测单个Yb 3+离子在LN腔。在快速可调谐光子器件中耦合量子发射体是一种有效的方法来塑造发射体的波形[4]。它还提供了一个平台，用于在频谱-时间-空间域的集成中编码量子信息，以实现高水平的信道复用，以及生成确定性单光子源的方法[5，6]。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Quality enhancement with simultaneous suppression in excess noise of longer-lived states in non-uniformly pumped optical microcavities
我们研究了在开放光学系统中通过内部耦合在相互作用态之间的特殊避免共振交叉附近形成更长寿命态。远离PT对称性限制，我们讨论了非常规腔共振态所产生的空间变化的增益/损耗分布。在某些避免共振交叉（ARC）附近，所选耦合态的奇偶对称性决定了产生高Q的相消干涉，而在磁极虚部避免交叉则包含更长寿命的态。现在，通过S-矩阵形式主义，我们已经在数值上证明了，通过适当选择系统的开放性和耦合强度，相互作用的非正交态之间的过量噪声产生（计算为Petermann因子K）可以被抑制接近理想值1，同时在较长寿命的状态的Q-因子的数量级增强。
2015-06-17 physics.optics
Fundamental thermal noise limits for optical microcavities
提出了高品质因数（$Q$）、小模体积（$V$）光学微腔中热折射噪声的理论和实验表征方法。类似于宏观法布里-珀罗谐振器中布朗运动所施加的稳定性限制，微腔热折射噪声引起与模体积相关的最大有效品质因数。国家的最先进的制造微腔被发现是在一个数量级的这个界限。我们证实了我们的理论的假设，通过测量高$Q/V$硅光子晶体腔的噪声谱，并应用我们的结果来估计建议的室温，全光量子比特使用腔增强体材料非线性的最佳性能。
2020-05-07 physics.optics quant-ph
Efficient analysis and design of low-loss whispering-gallery-mode coupled resonator optical waveguide bends
由电磁耦合光学微腔（耦合谐振器光波导或CROW）组成的波导可用于光引导、减速和存储。在本文中，我们提出了一个二维分析的基础上，严格的穆勒边界积分方程方法的有限尺寸直和弯曲的CROW部分。我们研究了回音壁（WG）模式的耦合机制，并引导光绕弯曲的CROW组成的相同和尺寸失配的微盘谐振器。我们的精确分析揭示了WG模式耦合的差异在附近的弯曲的CROW组成的光学大和波长尺度的微腔。我们提出并讨论了设计低损耗CROW弯曲和减少弯曲损耗的可能方法。这些包括根据WG模式的方位角顺序选择特定的弯曲角度，以及调整位于CROW弯曲处的微盘的半径。
2007-06-15 physics.optics
Thermo-optical spiking and mixed-mode oscillations in injected Kerr microcavities
该研究建立含热失谐的注入 Kerr 微腔模型，通过解析与数值模拟揭示热光脉冲、混合模式振荡和混沌尖峰，并分析延迟反馈对可激发性及局域态稳定的作用。
2024-12-03 nlin.PS physics.optics
Bistability in Microcavities with Incoherent Optical or Electrical Excitation
我们考虑一个量子阱嵌入在一个零维微腔与亚波长光栅镜，其中的x-线偏振激子模式是强耦合到腔光子，而y-偏振激子保持在弱耦合制度。在非相干光或电泵浦下，我们证明了与参量散射过程相关的极化激元双稳性。这种双稳态对于构造具有光或电非相干泵浦的极化激元器件是有用的。
2013-10-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coupled surface plasmon and resonant optical tunnelling in symmetric optical microcavities
本文研究对称光学微腔中耦合表面等离激元与共振光学隧穿现象，建立透射模型并给出高透射共振条件，揭示吸收性金属膜在共振下可增强透射的机制。
2025-05-05 physics.app-ph physics.optics
Coupled-mode theory for periodic side-coupled microcavity and photonic crystal structures
我们使用唯象的哈密顿方法推导出一组耦合模方程，描述光在波导中的传播是周期性的侧耦合到微腔。该结构在色散关系中同时具有布拉格带隙和（类极化激元）谐振腔带隙。讨论了这两类能隙的成因和物理意义。从有效场形式推导出的耦合模方程在布拉格间隙和谐振腔间隙深处是有效的。
2005-06-10 physics.optics
Soliton frequency comb generation in a low Q microcavity coupled to a gain microcavity
本文研究放大辅助腔对耦合非线性微腔双稳态区域和孤子频率梳产生的影响，发现小增益可补偿主腔损耗从而在低 Q 值微腔中产生孤子频率梳，为芯片级集成光频梳源提供理论与实验指导。
2023-08-11 physics.optics
