光学厚平板中的光子晶体纳米腔laser

光学厚光子晶体平板中的高阶缺陷模laser

Higher-order defect mode laser in an optically thick photonic crystal slab

光学厚平板的使用可以为使用光子晶体实现电流注入型激光器提供通用的解决方案。在这里，我们表明，横向高阶缺陷模式可以被设计为限制在这样的厚平板的光子带隙。使用模拟，我们表明，10^5的高Q值是可能的，从一个微调的二阶六极模。在实验上，我们实现了1347 nm的二阶六极模光泵浦脉冲激光，峰值阈值泵浦功率为88 μ W。

带有上层玻璃薄膜的玻璃基底上高Q值二维光子晶体纳米腔

High-Q two-dimensional photonic crystal nanocavity on glass with an upper glass thin film

本文通过数值分析研究玻璃基底上覆盖薄玻璃膜的二维光子晶体纳米腔，发现薄玻璃膜可抑制偏振模式转换并借助模式失配提升Q值，且上层玻璃膜面内结构对Q值进一步增强具有重要作用。

厚全息光栅介质平板中体波与导模的共振耦合

Resonant coupling between bulk waves and guided modes in a dielectric slab with a thick holographic grating

我们认为是一种新的类型的共振耦合的入射体波到一个厚的全息光栅板的导模中发生在布拉格条件的强频率失谐的存在下。这通过具有板-光栅边界的强非本征+1衍射级的反射发生，所得到的反射波形成导光板模式。严格的耦合波分析用于预测的共振效应的数值分析。可能的应用包括多路复用和解复用系统、光信号处理设备、光传感器和测量技术的设计的增强选项。

滑移对称光子晶体结构中正交谷拓扑界面与SSH拓扑界面实现的纳米腔限制

Nanocavity Confinement by Orthogonal Valley- and SSH- Topological Interfaces In Glide-Symmetric Photonic Crystal Structures

研究人员利用滑移对称谷光子晶体的正交谷与类SSH拓扑畴壁，实现了连续可调的高Q二维纳米腔，为紧凑型谐振器件及光与物质相互作用增强提供了方案。

从垂直腔到混合金属/光子晶体纳米腔：迈向高效纳米激光器

From vertical-cavities to hybrid metal/photonic-crystal nanocavities: Towards high-efficiency nanolasers

我们提供了一个数值研究表明，一个底部反射器是必不可少的实现单向发射的光子晶体（PhC）纳米激光器。首先，我们研究了一个悬浮在由电介质或金属衬底形成的平面镜上的PHC平板纳米腔。我们发现，激光器的垂直发射可以增强超过6倍的设备相比，在没有镜子。然后，我们研究的情况下，在一个平面的金属表面接触的PhC纳米腔。下面的金属衬底可以用作电流通路和散热器，这将有助于在室温下实现连续波激光操作。以1.3 μ m发射的激光器的设计表明，假设室温金作为衬底，可以实现超过1，000的相对高的腔Q。此外，可以实现辐射效率超过50%的线偏振单向垂直发射。最后，我们讨论了这种混合设计涉及到各种等离子体腔，并提出了一个有用的定量测量的程度的“等离子体”字符在一个一般的金属纳米腔。

光学厚光子晶体中光子带隙束缚的高Q杂质光子态

High-Q impurity photon states bounded by a photonic-band-pseudogap in an optically-thick photonic-crystal slab

我们表明，以二维光子晶体平板系统为例，即使在没有严格的光子带隙的情况下，也可以实现超过10 ^5的高品质因数（Q）。我们发现，平面内布洛赫模式的密度可以通过从有限尺寸的光子晶体边界，作为一个低Q谐振器创建额外的光子反馈控制。这种机制使显着减少之间的结合态和扩展布洛赫模式的耦合强度超过40倍。

对称和非对称光子晶体平板中的束缚态

Bound states in the continuum in symmetric and asymmetric photonic crystal slabs

建立了一个描述光子晶体平板中束缚态的半解析模型。我们将光子晶体平板支撑的漏模模型化为一个横向法布里-珀罗共振，它是由几个在平板内垂直来回反射的传播布洛赫波组成的。这种多模法布里-珀罗模型准确地预测了BIC的存在及其在参数空间中的位置。我们发现，无论平板厚度如何，在截止频率以下都不存在BIC，这与光子晶体中二阶布洛赫波的存在有关。利用该模型的半解析性，我们研究了对称和非对称光子晶体平板中BIC随平板厚度变化的动力学行为。我们证明了当水平镜像对称性被破坏时，存在于色散图的Γ点处的对称结构中的受保护的BIC仍然可以存在，但仅限于特定的板厚度值。

太赫兹石墨烯包覆光子晶体板的异常波长压缩

Extraordinary wavelength reduction in terahertz graphene-cladded photonic crystal slabs

光子晶体板由于其结构周期性而具有光限域、色散工程、非线性增强等特殊功能，在纳米光子学领域有着广泛的应用。亚微米器件尺寸和模体积对于硅基光子晶体板是常规的，然而在光谱上它们限于在近红外中操作。在这里，我们表明，两个单层石墨烯片允许硅光子晶体板与亚微米周期性操作在太赫兹制度，具有极端的100倍波长减少和出色的面外限制。石墨烯包覆的光子晶体板表现出与理想的二维光子晶体的能带结构非常相似的能带结构，即使当板厚度接近零时也具有宽的二维光子带隙。整个光子能带结构不仅与石墨烯费米能级成比例，而且更重要的是，随着板厚度的减小而缩放到较低的频率。就像理想的二维光子晶体一样，石墨烯包覆的光子晶体板沿着线缺陷限制光，形成传播长度为数十个晶格常数的波导。所提出的结构开辟了可能性，大大减少太赫兹光子系统的大小的数量级。

光子微织构表面的热发射

Thermal emission by photonic micro-textured surfaces

普通的金属光子晶体（PC）具有光子带隙，其中态密度（DOS）被强烈地改变。光子的热发射可以相应地被抑制和增强。研究了厚度可调的金属光子晶体平板的热发射特性，其厚度极限接近于光子晶体，厚度极限接近于织构表面.我们发现，厚光子晶体抑制在特定范围内的发射，而薄板抑制低频发射。

工程化光子晶体平板模式以实现强激子-光子耦合和极化激元色散控制

Engineering photonic crystal slab modes for strong exciton-photon coupling and polariton dispersion control

该研究数值模拟了周期倍增Si3N4光子晶体与MoSe2单层的混合结构，通过hBN厚度调谐将拉比分裂增强至8.5 meV，并控制极化激元色散，为强耦合平台提供新方案。

具有极小线性介电常数的非线性超材料平板的横向磁滞

Transmissivity directional hysteresis of a nonlinear metamaterial slab with very small linear permittivity

我们研究了横向磁场通过亚波长厚度的非线性超材料板的传播，该材料具有非常小的负线性介电常数。我们证明了，对于一个给定的输入强度，输出强度是一个多值函数的字段入射角，使transmittance表现出角度多稳定性和一个明显的方向滞后行为。预测的方向滞后是一个事实，即线性和非线性的贡献，整体介电响应可以是可比的，使得在输出板边界的电磁匹配条件允许一个以上的字段配置内的板是兼容的传输字段的结果。

用于增强光学非线性的高Q硅光子晶体腔

High-Q silicon photonic crystal cavity for enhanced optical nonlinearities

我们制造和实验表征的$H0$光子晶体平板纳米腔的最大品质因数，$Q = 1.7$百万优化的设计。由硅板制成的腔具有$λ= 1.59 \mathrm{μm}$的谐振模式和测量的$400,000$的$Q$因子。它显示非线性效应，包括高对比度光学双稳态，在阈值功率之间的最低有史以来报道的硅器件。由于理论模态体积与$V = 0.34(λ/n)^3$一样小，该腔在具有最高$Q/V$比的腔中排名，同时具有适合于光子电路集成的小尺寸。

光子晶体中的Pendellosung效应

Pendellosung effect in photonic crystals

在光子晶体的出射表面处，衍射波的强度可以被周期性地调制，取决于板厚度，在“正”（前向衍射）或“负”（衍射）方向上显示最大值。这种厚度依赖性是所谓的Pendellosung现象的直接结果，Pendellosung现象由直接光束和衍射光束之间的能量在晶体内部的周期性交换组成。本文报道了在14 GHz微波波段对不同厚度的二维光子晶体进行辐照，并测量出射面和晶体内部的电磁场强度分布，从而观察到这种效应。

发光板中局域表面等离子体激元到导模的从弱到强耦合

From weak to strong coupling of localized surface plasmons to guided modes in a luminescent slab

我们研究了嵌入发光平板波导中的铝纳米天线的周期性阵列。通过改变波导的厚度，我们证明了从弱到强的局部表面等离子体激元之间的纳米天线和波导中的折射率引导模式的耦合的过渡。我们实验观察到的消光和发射色散图之间的非平凡的关系，在弱到强耦合过渡。这些结果具有广泛的一类光子结构的源嵌入耦合谐振器内的影响。对于纳米天线阵列，强耦合与弱耦合导致辐射图案的急剧修改，而不修改纳米天线本身，从而代表了纳米级光源的前所未有的设计策略。

介电常数不定材料平板波导的慢光、开腔和大纵向电场

Slow light, open cavity formation, and large longitudinal electric field on slab waveguide made of indefinite permittivity materials

研究了由介电常数不定（$\vep$）材料（IEM）制成的平板波导的光学特性。在这种介质中，横向介电常数为负，而纵向介电常数为正。在任何给定的频率下，波导支持无限数量的横向磁（TM）本征模。对于固定厚度的平板波导，最多只有一个TM模是前向波。其余的是可以具有非常大的相位指数的后向波。在临界厚度下，波导支持具有零群速度的简并前向和后向波模式。在临界厚度以上，波导支持复共轭衰减模式而不是传播模式。IEM中损耗的存在将提升简并度，导致具有有限群速度的模式。提出了可行的实现方案。分析了IEM波导的性能，讨论了其可能的应用，并通过数值计算得到了支持。这些平板波导可用于制作光缓冲器中的光延迟线，以减慢和捕获光，形成开放腔，产生强纵向电场，以及用作光集成电路中的移相器。

平板型二维光子晶体波导光学特性的映射

Mapping the optical properties of slab-type two-dimensional photonic crystal waveguides

我们报告了系统的实验映射的传输特性的二维绝缘体上硅光子晶体波导的一个广泛的范围内的孔半径，板厚度和波导长度的TE和TM偏振。大量的光谱特征的详细分析允许直接比较的实验数据与三维平面波和时域有限差分计算。我们发现，反直觉，低损耗传播的带宽完全消失的结构参数的光子带隙最大化。我们的结果表明，为了最大限度地提高低损耗波导的带宽，孔半径必须显着减小。当光子带隙显著变窄时，PhC波导中的低损耗传播带宽增加到125 nm，损耗低至8 $\pm$ 2dB/cm。

超材料和光子晶体中Dirac点附近的类Zitterbewegung效应

Zitterbewegung-like effect near the Dirac point in metamaterials and photonic crystals

本文对超材料平板在零折射率点附近的类齐特贝韦根效应进行了物理解释。在以零折射率点为中心的负折射率区和正折射率区之间，超材料平板的透射谱分布是不对称的。当对称脉冲传播通过超材料板时，由于板的透射光谱的不对称性，其透射光谱变得不对称，导致具有不对称时间形状的透射脉冲。这种不对称性表现出一种时间上的拖尾振荡，即，Zitterbewegung效应。此外，还讨论了脉冲的时间和空间宽度以及超材料板的厚度对传输脉冲拖尾振荡的影响。我们的结果与其他研究人员在相对论量子概念的强度上获得的结果一致;然而，我们分析的观点是经典的，与相对论量子力学无关。

吸收型光子晶体平板衍射的模式公式

Modal formulation for diffraction by absorbing photonic crystal slabs

基于有限元法建立了光伏应用中平面波在任意几何形状的吸收光子晶体平板上衍射的模式方程。半解析法可以有效和准确地计算具有复杂单元的阵列的吸收。这种方法提供了直接的物理洞察吸收机制，在这样的结构，这可以用来提高吸收。将该方法应用于硅纳米线阵列，验证了该方法的有效性和准确性。该方法非常适合于研究光谱特性（例如，吸收）随阵列的厚度而变化，并且我们用可以识别最佳几何形状的有效计算来证明这一点。

通过在混合光子晶体纳米腔上形成二维材料异质结构实现电介质环境工程

Dielectric environment engineering via 2D material heterostructure formation on hybrid photonic crystal nanocavity

通过在混合光子晶体纳米腔上构建二维材料异质结构，实现对电介质环境的灵活工程，增强光-物质相互作用并提高腔体性能。

Bound state in the continuum in slab waveguide enables low-threshold quantum-dot lasing

Colloidal quantum dots (CQDs) are a promising gain material for solution-processed, wavelength-tunable lasers, with potential application in displays, communications, and biomedical devices. In this work, we combine a CQD film with an array of titanium dioxide (TiO2) nanoantennas to achieve lasing via bound states in the continuum (BICs), which are symmetry-protected cavity modes with giant quality factors. Here, the BICs arise from slab waveguide modes in the planar film, coupled to the periodic nanoantenna array. We engineer the thickness of the CQD film and size of the nanoantennas to achie…

十二角光子准晶透镜特性的参量研究

A parametric study of the lensing properties of dodecagonal photonic quasicrystals

本文研究了二维光子准晶体平板的透镜效应。二维光子准晶体平板由介质柱按照12重对称的正方形-三角形非周期镶嵌方式排列而成。我们的全波数值分析证实了最近出现在技术文献中的结果，特别是在几个频率区域内实现聚焦效果的可能性。然而，与最初的解释相反，这种聚焦效应与PQC板中的局部对称点密切相关，并且强烈依赖于其厚度和终止。然而，我们的研究揭示了一些特殊性质的存在，例如即使对于横向宽度减小的板也能够聚焦光的能力，或光束效应，这使得PQC板可能很有趣，值得深入研究。关键词：光子准晶;负折射;超透镜。

波长尺度光子晶体谐振腔的垂直光束传输

Vertical beaming of wavelength-scale photonic crystal resonators

我们报道了在光子晶体平板谐振器内产生的光子的$> 80%$可以在$\pm 30^\circ$的小发散角内漏斗化。通过调整谐振腔的几何形状和在谐振腔下方放置反射器来改变光子晶体平板谐振模的远场辐射特性。前一种方法直接对近场分布进行整形，从而获得方向性和线偏振的远场方向图。后一种修正利用了原始波和反射波之间的干涉效应，以增强能量方向性。我们发现，无论板的厚度，板和反射器之间的最佳距离接近等于一个波长的共振考虑。我们还讨论了一种有效的远场模拟算法的基础上的时域有限差分法和近远场变换。

利用光子分子实现适用于二维异质结的厚度不敏感纳米腔

Thickness Insensitive Nanocavities for 2D Heterostructures using Photonic Molecules

针对二维异质结厚度影响纳米腔谐振频率的问题，提出利用光子分子模式耦合的固有非线性实现厚度不敏感的腔模式，经理论分析与数值模拟验证其鲁棒性，可为相关敏感应用提供支撑。

通过平板工程模式杂化实现通用零串扰光子集成

Universal zero-crosstalk photonic integration via slab-engineered mode hybridization

提出一种基于标准脊波导中平板工程模式杂化的通用零串扰方法，通过调控平板厚度实现相邻波导间耦合的完全消除，并在多种材料平台和宽波长范围内实验验证。

Breakdown of light transport models in photonic scattering slabs with strong absorption and anisotropy

The radiative transfer equation (RTE) models the transport of light inside photonic scattering samples such as paint, foam and tissue. Analytic approximations to solve the RTE fail for samples with strong absorption and dominant anisotropic scattering and predict unphysical negative energy densities and the diffuse flux in the wrong direction. Here we fully characterize the unphysical regions of three popular approximations to the RTE for a slab, namely the $P_1$ approximation (or diffusion approximation), the $P_3$ approximation, and a popular modification to $P_3$ that corrects the forward s…

柔性二维太赫兹光子晶体的导模共振

Guided Mode Resonances in Flexible 2D THz Photonic Crystals

在太赫兹（THz）光子学中，人们正在努力开发具有期望的光物质相互作用的薄而紧凑的器件，例如介电光子晶体（PhC）板。然而，先前在THz PhC板中的工作限于厚度为$\sim$ 100微米的刚性衬底。电介质PhC板已被证明具有由外部辐射激发的面内模式，以产生具有最小吸收的尖锐导模共振，用于传感器、光学器件和激光器中的应用。在这里，我们确认的存在下，在一个膜型太赫兹光子晶体板与亚波长（$λ_{0}$ /6 - $λ_{0}$ /12）厚度的柔性介电聚酰亚胺薄膜的引导谐振。测量了不同结构参数的单胞的导共振透射率。此外，我们利用样品的灵活性，调制的导模的线宽下降到1.5 GHz的弯曲角的$θ$ $\geq 5^{\circ}$ ;实验证实了这些模式的抑制。该器件的机械灵活性为高速通信、软可穿戴光子学和植入式医疗设备的光学组件的系统设计提供了额外的自由度。

二维原子晶体的菲涅耳系数

Fresnel coefficients of a two-dimensional atomic crystal

通常，单层二维原子晶体的线性光学性质的实验是通过将其模拟为具有有效厚度的均匀板来解释的。在这里，我通过使用菲涅耳系数来拟合石墨烯光学中最显着的实验，固定石墨烯的表面磁化率和表面电导率。结果表明，菲涅耳系数和平板模型是不等价的。实验表明，菲涅耳系数能够模拟这里分析的整体实验，而平板模型未能预测反射光的吸收和相位。

有机半导体光波导的激子-极化激元发射

Exciton-polariton emission from organic semiconductor optical waveguides

我们用光激发掺杂J聚集染料分子的聚合物平板波导，并在室温下测量了强耦合波导激子极化激元模的漏发射。我们表明，波导激子极化激元的动量可以通过修改激子波导的厚度来控制。平板激子波导中非共振泵浦激子衰减为径向对称的横电和横磁强耦合激子波导模。这些泄漏到具有径向和方位角偏振的光锥。

嵌入量子点的二维光子晶体纳米腔的反射率测量

Reflectance measurement of two-dimensional photonic crystal nanocavities with embedded quantum dots

利用光致发光和反射光谱测量了二维光子晶体平板纳米腔中InAs量子点的光谱。通过比较两种不同方法得到的光谱，发现它们与纳米腔的谐振波长一致，并且表明反射法可以同时测量有源和无源腔。用交叉偏振反射法测量了谐振波长在1280 ~ 1620 nm范围内的纳米腔的Q值。实验上，Q因子对于较长的波长减小，并且在共振时由纳米腔反射的强度在1370 nm附近变得最小。的Q-因子的趋势解释的板厚度相对于谐振波长的变化，显示出良好的理论和实验之间的协议。共振时纳米腔反射强度的趋势可以理解为源自PC板和下面的空气包层厚度的影响。除了三维时域有限差分计算，引入了一个分析模型，该模型能够再现实验中观察到的反射强度的波长依赖性。

基于机器学习的强光约束紧凑光子结构设计

Machine learning based compact photonic structure design for strong light confinement

提出了一种基于机器学习的光子结构设计方法。特别是，我们专注于强光限制，允许设计一个有效的自由空间到波导耦合器，这是由硅板覆盖在二氧化硅衬底的顶部。学习算法是使用按位平方Si单元实现的，并且整个优化的器件具有$\boldsymbol{2 \, μm \times 1\, μm}$的占用空间，这是有史以来数值实现的最小尺寸。为了研究硅板厚度对优化后的光子晶体结构的亚波长聚焦和强耦合特性的影响，进行了三维时域数值计算。计算了板厚为$\boldsymbol{280nm}$时半高宽和耦合效率的最佳值分别为$\boldsymbol{0.158 λ}$和$\boldsymbol{-1.87\,dB}$。与传统的对应物相比，优化的透镜和耦合器设计易于通过光刻技术制造，非常紧凑，并且可以在电信波长下工作。所提出的研究结果表明，机器学习可以在各种潜在的应用，如偏振分割，光束操纵和光学互连的有效光子设计是有益的。

随机游走中的散射次数

Number of Scatterings in Random Walks

本文研究随机游走中光子逃逸前的散射次数，发现常用近似公式不准确，推导了球体和平板几何下光学薄与厚极限的解析解，并用蒙特卡洛模拟验证，提出了中等光学深度下的近似公式。

一维光子晶体平板的带隙图和本征衍射损耗

Gap maps and intrinsic diffraction losses in one-dimensional photonic crystal slabs

对强折射率衬度平板波导中一维晶格的光子带进行了理论研究。该方法依赖于扩展的电磁场的基础上的有效波导的导模，并在处理耦合到辐射模式的微扰理论。光子模式色散，间隙图，和固有的衍射损耗的准导模的情况下，自立膜以及绝缘体上硅结构的计算。波导中的光子带隙被发现强烈地依赖于芯厚度和偏振，使得横向电模式和横向磁模式的间隙通常不重叠。准导模的辐射损耗与结构参数、模折射率和波矢密切相关。本研究结果对于设计低辐射损耗的集成一维光子晶体结构具有一定的参考价值。