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
Topological photonic crystal nanocavity laser
拓扑边缘态存在于两种拓扑不同的材料之间的界面处。这种模式的存在和数量是确定性地预测从批量带拓扑结构，称为批量边缘对应。这一原理对于可预测地控制由光子晶体（PhCs）制成的谐振器中的光学模式非常有用，导致了最近的微尺度拓扑激光器的演示。与此同时，纳米尺度的零维拓扑陷阱态仍然没有被探索，尽管它对于增强光-物质相互作用和包括单模纳米激光器在内的广泛应用非常重要。在这里，我们报告了一个拓扑的PhC纳米腔与近衍射极限的模式体积和它的应用单模激光。在两个拓扑不同的光子晶体之间的界面处形成的纳米腔的拓扑起源保证了其光子带隙内仅存在一种模式。所观察到的激光伴随着高的自发发射耦合因子来自纳米级的限制。这些结果包含了一种大大缩小拓扑光子学的方法。
2018-06-26 physics.optics
Demonstration of an air-slot mode-gap confined photonic crystal slab nanocavity with ultrasmall mode volumes
通过在光子晶体平板中的宽度调制线缺陷处设计空气缝，实验得到了品质因数为15,000、模体积为0.02立方波长的空气缝模式带隙光子晶体腔。高Q值空气缝腔模的产生是由于负色散的光子晶体波导模的模隙效应。具有超小模体积的高Q腔在腔量子电动力学、非线性光学和光学传感等应用中具有重要意义。
2009-10-21 physics.optics
All-optical conditional logic with a nonlinear photonic crystal nanocavity
我们展示了由一个χ 2非线性光子晶体纳米腔介导的可调谐频率转换光。波长尺度的InP基腔支持两个近1550 nm附近的近间隔的本地化模式由130 fs的激光脉冲共振激发。腔体同时照射的非共振探测光束，产生丰富的二阶散射光谱，反映不同的共振和非共振成分的非线性混合。特别是，我们突出的探测光束和各自的腔模式的和频率的辐射。这将是一个有用的，微创监测的联合占用状态的多个腔在集成光路。
2009-09-30 physics.optics
Room temperature all-silicon photonic crystal nanocavity light emitting diode at sub-bandgap wavelengths
硅现在被牢固地确立为高性能光子材料。其唯一的弱点是缺乏在室温下连续工作、在技术上重要的1300- 1600 nm波长窗口中呈现窄线宽、体积小并且以低功耗工作的原生电驱动光发射器。在这里，在室温下展示了1300-1600 nm范围内的电泵浦全硅纳米光源。利用氢等离子体处理，在硅中引入纳米级的光学活性缺陷，然后将其馈入光子晶体纳米腔中，通过Purcell效应增强器件中的电驱动发射。在1515 nm波长处观察到一条窄的（Δλ = 0.5 nm）发射线，其功率密度为0.4 mW/cm 2，这代表了迄今为止报道的任何硅发射器的最高光谱功率密度。一些可能的改进也进行了讨论，这使得该方案的光互连和其他重要的硅光子学应用的一个非常有前途的光源。
2013-06-24 physics.optics
Silicon-based photonic crystal nanocavity light emitters
我们已经证明了一个单一的光子晶体腔的光致发光从富硅氮化硅薄膜的增强高达7倍。这种增强部分归因于Purcell效应。对于线性三缺陷腔模式，用FDTD计算预测的Purcell因子为32，计算的品质因数为332，模式体积为0.785立方波长。实验测得的腔质量（Q）的因素在200至300的范围内变化，显示出良好的协议与计算。发射峰可以调谐到600至800 nm范围内的任何波长。
2006-09-07 physics.optics
Acousto-optic modulation of a photonic crystal nanocavity with Lamb waves in microwave K band
集成纳米机电换能器和纳米光子器件可能使新的声光器件达到前所未有的高频率和调制效率。在这里，我们演示了声光调制的光子晶体纳米腔使用兰姆波频率高达19 GHz，达到微波K波段。该器件是在悬浮氮化铝膜中制造的。声波的激发是用周期小至300 nm的叉指换能器实现的。将声波和光波都限制在膜的厚度内导致新器件中的声光调制效率比在先前的表面声波器件中获得的声光调制效率提高。我们的系统展示了一个新的可扩展的光学机械平台，在那里可以探索腔限制的光子和高频旅行声子之间的强声光耦合。
2015-08-07 physics.optics
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。
2023-11-02 physics.optics
Ultra-low threshold, electrically pumped quantum dot photonic crystal nanocavity laser
高效、低阈值和紧凑的半导体激光器源正被研究用于高速通信、信息处理和光学互连中的许多应用。最好的边缘发射和垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有大约100 \muA的阈值[1，2]，但是对于许多应用（特别是光学互连）来说，耗散太多的功率而不实用[3]。光泵浦的光子晶体（PC）纳米腔激光器代表了低阈值激光器的最新技术水平[4，5];然而，为了实用，必须开发电泵浦这些结构的技术。在这里，我们展示了一个量子点光子晶体纳米腔激光器在砷化镓由离子注入形成的横向p-i-n结泵浦。在高达150K的温度下观察到连续波激光。在50 K和150 K下观察到的阈值分别为181 nA和287 nA，这是在任何类型的电泵浦激光器中观察到的最低阈值。
2011-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Observing exceptional point degeneracy of radiation with electrically pumped photonic crystal coupled-nanocavity lasers
通过控制耦合光腔的增益和损耗，可以诱导出本征态的非厄米简并，称为例外点（EP）。已经报道了围绕EP的各种非常规现象，并期望将额外的功能纳入光子器件中。在EP简并度下的本征模也将表现出辐射增强。然而，这样的响应尚未被观察到在芯片上的激光器，因为它们的增益和损耗的可控性有限，并通过泵浦诱导腔失谐的简并提升。在这里，我们报告了第一个非厄米纳米光子平台的基础上，两个电泵浦光子晶体激光器和它的自发发射在EP简并。系统调谐和独立的电流注入到我们的波长尺度的有源异质结构腔，使我们能够证明明确的EP相变的自发发射，伴随着光谱合并的耦合模式和反向泵浦强度的依赖性。此外，我们发现并从理论上证实了奇异的平方洛伦兹发射光谱非常接近精确的EP，这表明纯粹由简并诱导的光子局域态密度的四倍增强。我们的结果开辟了一条新的途径，工程师的光-物质相互作用的非厄米性和探索更大的可重构激光阵列进一步的非厄米的功能和物理。
2020-12-21 physics.optics
Ultra high-Q photonic crystal nanocavity design: The effect of a low-epsilon slab material
利用最小垂直损耗模型分析了平板介质介电常数对平板光子晶体腔品质因数Q值的影响。高折射率腔的高Q值归因于较低的模频率。在高折射率（硅）与低折射率（金刚石）板的Q比检查作为模式体积（Vm）的函数。讨论了模体积补偿技术。最后，讨论了金刚石腔的设计。分析结果进行了比较，三维FDTD计算。在双异质结构设计中，获得Q=2.6*10^5。在局域宽度调制设计中，当Vm=1.77*（λ/n）^3时，最高Q=1.3*10^6。
2008-02-22 physics.optics
Thermo-optical dynamics of a nonlinear GaInP photonic crystal nanocavity depend on the optical mode profile
我们测量了GaPDMATHABMM In $_{\mathrm{0.49}}$ P光子晶体膜中的模隙纳米腔和离域模的热光非线性动力学。我们模拟这些结果在材料中的热传输和热光响应。通过阶跃调制光输入功率，我们推动非线性谐振在其响应曲线的稳定分支之间跳跃，从而引起非线性开关。一个过冲的强度，然后由一个松弛的尾巴观察到后，开关。以这种方式，测量局域共振和离域共振的热弛豫。衰减时间的显着差异，观察和相关的谐振的光学模式分布。我们使用热光模型再现了观察到的瞬态行为，实现了非瞬时非线性，并考虑了实验测量的谐振的光学模式轮廓。
2020-06-24 physics.optics
High-Speed Electro-Optic Modulator Integrated with Graphene-Boron Nitride Heterostructure and Photonic Crystal Nanocavity
纳米级和高能效的电光（EO）调制器是光学互连的重要组件，这些组件正开始取代芯片内和芯片间通信的电线。硅基电光调制器在器件尺寸、速度、功耗和调制深度方面表现出足够的优点。然而，硅的弱电光效应仍然为这些器件设置了技术瓶颈，从而激发了基于新材料的调制器的开发。石墨烯是一种二维碳同素异形体，由于其优异的光学和电子性能，已成为光电应用的替代活性材料。在这里，我们展示了一个高速石墨烯电光调制器的基础上，石墨烯-氮化硼（BN）异质结构集成与硅光子晶体纳米腔。石墨烯在亚微米腔中的强增强的光-物质相互作用使得腔反射的有效电调谐成为可能。我们观察到的调制深度为3.2 dB和1.2 GHz的截止频率。
2014-12-19 physics.optics
Active control of excitonic strong coupling and electroluminescence in electrically driven plasmonic nanocavities
本文将半导体单层集成到电驱动等离激元纳米腔中，利用纳米间隙超强电场实现WSe2激子拉比劈裂的可逆电调控，并通过载流子注入在WS2中实现偏压可调电致发光，外量子效率达3.5%。
2024-09-23 physics.optics
On-chip Lithium Niobate Heterogeneous Photonic Crystal Nanocavity Laser
本文在掺铒薄膜铌酸锂上制备异质光子晶体纳米束腔，首次实现亚微米模式体积、低阈值（163 μW）的单模片上激光器，为C波段集成光源提供新方案。
2023-12-25 physics.optics
Processing of Photonic Crystal Nanocavity for Quantum Information in Diamond
在金刚石中实现光子晶体（PC）对于整个基于金刚石荧光中心的自旋电子学领域具有重要意义。由于这种材料的极端化学和机械性能，钻石的加工步骤与通常使用的不同。目前的工作总结了在钻石PC的实现的艺术状态。它是基于创建一个独立的金刚石膜，所需的纳米尺寸的图案是通过使用聚焦离子束（FIB）铣削。通过模拟预测了面向加工的最佳结构参数。铣削策略，形成金刚石膜的方法，在FIB和光学特性的限制介电材料的操作配方进行了讨论，结合他们的影响PC腔设计。由此产生的结构，其特征在于通过共焦光致发光。
2010-12-29 physics.optics
Nanocavity Confinement by Orthogonal Valley- and SSH- Topological Interfaces In Glide-Symmetric Photonic Crystal Structures
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Basic Research Laboratories, NTT Inc.（NTT基础研究所）；Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Tokyo（东京大学电气电子工程系）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）；Nanophotonics Center, NTT Inc.（NTT纳米光子学中心）
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。
2026-08-24 physics.optics
High-Contrast Electro-Optic Modulation of a Photonic Crystal Nanocavity by Electrical Gating of Graphene
我们展示了一个高对比度的电光调制的光子晶体纳米腔集成的电控单层石墨烯。采用高品质（Q）因子空气槽纳米腔设计用于光场与石墨烯片之间的高重叠。调谐石墨烯的费米能级高达0.8 eV，使其复杂的介电常数，这允许调制的腔反射超过10 dB的摆动电压仅为1.5 V，我们还观察到一个可控的谐振波长偏移接近2 nm的波长为1570 nm和Q因子调制超过3。这些观察允许在不同化学势下的石墨烯复合物介电常数的腔增强测量，与门控下的石墨烯介电常数的理论模型一致。这种基于石墨烯的纳米腔调制证明了石墨烯集成硅光子芯片中高对比度、低功率频率选择性电光纳米腔调制器的可行性。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Scheme for media conversion between electronic spin and photonic orbital angular momentum based on photonic nanocavity
具有非零轨道角动量（OAM）的光或扭曲光在诸如OAM纠缠光子量子比特的量子通信应用中是有希望的。存在光子OAM到光子自旋角动量（SAM），以及光子SAM到电子SAM接口，但在单个设备内没有任何直接的光子OAM-电子SAM（飞行到静止）介质转换器。在这里，我们提出了一个方案，将光子OAM电子SAM，反之亦然，在一个单一的纳米光子器件。我们采用了一个光子晶体纳米腔与嵌入的量子点（QD），限制电子自旋作为一个固定的量子比特。量子点的自旋极化辐射通过强的光学自旋轨道相互作用驱动纳米腔模的旋转。然后旋转模式辐射具有非零OAM的光，允许该设备用作发射器。由于这可以是一个单一的过程，时间反演的情况下，使该设备能够作为一个接收器。该方案可以推广到其他系统的谐振器和量子发射器，如微盘和金刚石中的缺陷，例如。我们的方案显示了实现（超）紧凑的电子SAM-光子OAM接口，以适应OAM作为额外的自由度的量子信息的目的的潜力。
2018-06-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dispersion and light transport characteristics of large-scale photonic-crystal coupled nanocavity arrays
研究了由100多个超高Q值光子晶体腔组成的慢光耦合谐振腔光波导的色散和传输特性。我们表明，实验群延迟谱表现出良好的协议与数值计算的色散与三维平面波展开法。此外，传输特性的统计分析表明，在个别腔的制造波动是不太相关的比在本地化制度。这些行为被观察到的链高达400腔。
2014-09-08 physics.optics quant-ph
Zero-cell photonic crystal nanocavity laser with quantum dot gain
利用InGaAs量子点增益材料，在5 K的温度下，通过光泵浦，实现了六角晶格光子晶体纳米腔的激光振荡。该腔包括通过在二维光子晶体平板结构中移动几个空气孔而不去除任何空气孔以实现小模式体积和高腔品质因数两者而产生的缺陷。纳米腔的测量腔品质因数和估算模体积分别为~ 33，000和~0.004 μ m^3。比较了零单元和L3型纳米腔激光器的激光阈值，发现零单元纳米激光器的阈值很小，约为L3型纳米激光器的三分之一。这一结果表明，零单元纳米激光器的更高的Purcell因子反映为更小的激光阈值。
2010-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Strong coupling between a single quantum dot and an L4/3 photonic crystal nanocavity
我们证明了单个量子点与GaAs基L4/3型光子晶体纳米腔之间的强耦合。L4/3腔支持高的理论Q因子（~8{ \times } 10 ^6）、小的模体积（~ 0. 32（λ/n）^3）和电场分布，其中最大电场位于主体介电材料内，这有利于与量子点的强耦合。我们制作了L4/3腔，用光致发光测量观察到超过80，000的高Q因子。通过观察光谱中的明显反交叉，我们证实了单个量子点与Q因子为33，000的L4/3腔之间的强耦合。
2020-07-30 physics.optics quant-ph
Controlling the Spontaneous Emission Rate of Monolayer MoS$_2$ in a Photonic Crystal Nanocavity
我们报道了控制二硫化钼（MoS $_2$）单层与平面光子晶体（PPC）纳米腔耦合的自发发射（SE）率。空间分辨光致发光（PL）映射显示出强烈的变化时，发射的MoS $_2$单层的PPC腔，PPC晶格上，空气间隙上，和未图案化的磷化镓衬底上。腔耦合MoS $_2$发射的偏振依赖性显示出比未耦合发射强5倍以上的提取PL强度，这表明MoS $_2$ SE率的潜在腔模Purcell增强超过70倍。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic crystal nanocavity based on a topological corner state
拓扑语音学已经成为一种新的方法来设计光的流动，并提供了前所未有的手段，开发不同的光子元件，包括强大的光波导免疫结构缺陷。然而，纳米级驻波腔在拓扑光子学中的发展相当缓慢，尽管它在构建密集集成光子集成电路时非常重要。在这封信中，我们报告了一个光子晶体纳米腔的拓扑角状态的基础上，支持在一个90度角的边缘的二维光子晶体。体-边和边-角对应的组合保证了以分层方式存在高阶拓扑状态。我们在实验中观察到了一种在空间中紧密局域化的角模，同时支持超过2,000的高Q因子，验证了其作为纳米腔的前景。这些结果为在拓扑光子学平台中引入纳米腔提供了新的思路。
2018-12-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Exciting Magnetic Dipole Mode of Split Ring Plasmonic Nano Resonator by Photonic Crystal Nanocavity
在芯片上激发单个等离子体纳米结构中的电模式被广泛实现，然而，它们的磁对应物的激发很少报道。在这里，我们提出了一个高效的芯片上的激励方法的磁偶极子模式的一个单独的开口环谐振器（SRR）通过将其集成到一个光子晶体纳米腔（PCNC）。通过SRR和PCNC模式之间的谐振耦合，实现了高达58%的高激发效率。通过调整SRR和PCNC之间的相对位置和扭转角，证明了激发的磁偶极子模式的进一步微调。最后，一个结构与光子晶体波导侧耦合的混合SRR PCNC，这可能会激发磁偶极子模式与平面耦合的几何形状，并可能促进未来的设备应用。我们的研究结果可能会打开一种方式，开发芯片集成光子器件采用磁场组件在光场。
2021-12-02 physics.optics physics.plasm-ph
Femtogram Doubly Clamped Nanomechanical Resonators Embedded in a High-Q Two-Dimensional Photonic Crystal Nanocavity
我们展示了一种新的光学机械设备系统，它允许高效的转换飞秒纳米束谐振器。将质量小至25 fg的双钳位纳米机械谐振器嵌入高精细度二维光子晶体纳米腔中。在室温和环境条件下进行1 GHz左右的基本弯曲模式的光学转换，观察到的位移灵敏度为0.94 fm/Hz^（1/2）。从对称和不对称的双光束设备的测量结果的比较揭示杂交的机械模式的结构对称性被证明是获得高的机械品质因数的关键。我们的新配置开辟了一个新的类别的“NEMS在腔”设备的基础上在纳米级的光机械相互作用的方式。
2012-04-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dipole-Dipole interaction in photonic crystal nanocavity
基于时域有限差分法研究了光子晶体纳米腔中两个二能级原子间的偶极-偶极相互作用。该方法包括实光子效应和虚光子效应，可用于弱耦合和强耦合情况下具有不同跃迁频率的偶极子。对真空中和理想平面微腔中的偶极子进行了数值验证。对于位于光子晶体纳米腔中的偶极，发现原子位置、原子跃迁频率、共振频率和腔品质因数强烈地影响着偶极-偶极相互作用势和合作衰减参数.通过合理安排两个原子的位置，可以得到相等的合作衰变参数和局域耦合强度。当跃迁频率等于共振频率时，可以获得较大的合作衰减参数。当跃迁频率在谐振频率附近的腔线宽范围内变化时，偶极-偶极相互作用势从吸引势到排斥势连续变化。品质因数越高，合作参数和偶极-偶极相互作用的值越大，变化越剧烈。我们的研究结果为偶极-偶极相互作用的研究提供了一种新的方法，在基于固态纳米腔和量子点系统的量子计算和量子信息处理等领域具有潜在的应用价值。
2011-12-24 physics.optics quant-ph
Ultrafast coherent dynamics of a photonic crystal all-optical switch
我们提出了一种基于纳米腔的全光光子晶体开关的泵浦-探测测量，解决了快速相干时间动力学。测量结果表明，在考虑纳米腔动力学时，通常忽略了相干效应的重要性。特别是，我们报告观察到的闲置脉冲。测量结果与理论模型吻合良好，该模型使我们能够将观察结果归因于纳米腔中自由载流子种群的振荡。这种效应为实现具有前所未有的开关对比度的新型全光光子晶体开关开辟了前景。
2016-04-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
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。
2011-09-01 physics.optics
Efficient second-harmonic emission via strong modal overlap in single-resonant lithium niobate nanocavity
该研究在LNOI平台上实现了高Q单谐振光子晶体纳米束腔，通过优化模式重叠获得163%/W的SHG效率，较以往提升三个数量级，且热稳定性达20°C，适用于量子光学与芯片互连。
2025-03-26 physics.optics
Non-classical higher-order photon correlations with a quantum dot strongly coupled to a photonic-crystal nanocavity
我们使用三阶和四阶自相关函数$g^{(3)}(τ_1,τ_2)$和$g^{(4)}(τ_1,τ_2, τ_3)$来检测通过光子晶体纳米腔的光的非经典特性，所述光子晶体纳米腔包含强耦合量子点，所述强耦合量子点用相干光脉冲的训练来探测。我们对比的值$g^{(3)}(0, 0)$与传统使用的$g^{(2)}(0)$，并证明，除了是必要的检测由低强度源发射的双光子状态，$g^{(3)}$提供了一个更清楚的指示光源的非经典字符。我们还提出了初步的数据，证明聚束在四阶自相关函数$g^{(4)}(τ_1,τ_2, τ_3)$的第一步，朝着检测三光子状态。
2014-08-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Improved design and experimental demonstration of ultrahigh-Q C${}_\text{6}$-symmetric H1 hexapole photonic crystal nanocavities
H1光子晶体纳米腔是基于单点缺陷的，具有各种对称特征的本征模。因此，它是光子紧束缚晶格系统的一个有前途的构建块，可用于凝聚态，非厄米和拓扑物理的研究。然而，提高其辐射质量（$Q$）因子被认为是具有挑战性的。在这里，我们报告的六极模式的H1纳米腔的$Q$因子超过$10^8$的设计。由于模式的${\rm C_{6}}$对称性，我们通过仅设计四个结构调制参数来实现这种极高的$Q$条件，尽管对于许多其他纳米腔需要更复杂的优化。所制造的硅光子晶体纳米腔表现出系统的变化，其谐振波长取决于1 nm单位的空气孔的空间移位。在26个这样的样本中，我们发现了8个加载$Q$因子超过100万（$1.2 \times 10^6$最大值）的腔。我们研究了理论和实验性能之间的差异进行模拟系统的输入和输出波导和随机分布的空气孔半径。使用相同设计参数的自动优化进一步将理论$Q$因子提高了$4.5 \times 10^8$，这比以前的研究高出两个数量级。我们的工作将H1纳米腔的性能提升到了半导体- $Q$的水平，并为其具有非常规功能的大规模阵列铺平了道路。
2023-01-06 physics.optics
Movable high Q nanoresonators realized by semiconductor nanowires on a Si photonic crystal platform
亚波长半导体纳米线由于其独特的光学性质和在光子器件中的应用潜力，近年来引起了人们的广泛关注。然而，实现严格的光限制或与光子电路的有效耦合并不简单，仍然是一个挑战。在这里，我们表明，一个高Q纳米腔可以通过放置在Si光子晶体的沟槽波导中的直径为100 nm以下的单个III/V半导体纳米线，通过纳米探针操作。我们观察到非常快的自发发射（91 ps）的纳米线加速的强烈的Purcell增强纳米腔，这证明了非常强的光约束可以实现。此外，该系统使我们能够沿着波导将纳米腔移动到任何地方。这种配置在集成光子学中提供了显著程度的灵活性，并且允许在Si光子电路中添加和置换III/V纳米腔器件的各种功能。
2014-03-17 physics.optics quant-ph
Dielectric environment engineering via 2D material heterostructure formation on hybrid photonic crystal nanocavity
RIKEN Pioneering Research Institute（理化学研究所先驱研究本部）；RIKEN Center for Advanced Photonics（理化学研究所先进光子学中心）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Kobe University（神户大学）
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。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic nanocavity modes: From near-field to far-field radiation
在过去的十年中，纳米技术的进步导致了等离子体纳米腔的发展，其促进了环境条件下的光-物质强耦合。最强大的例子是纳米粒子上镜（NPoM）的结构，其几何形状控制亚纳米精度。此类纳米腔中激发的等离子体激元对纳米腔的确切形态极其敏感，从而产生意想不到的光学行为。到目前为止，大多数关于这种纳米腔的理论和实验研究都仅仅基于它们的散射和吸收特性。然而，这些方法不提供NPoM的完整光学描述。在这里，NPoM被视为一个开放的非保守系统，支持一组光子准正规模式（QNM）。通过研究纳米腔的形态学相关的光学性质，我们提出了一个简单而全面的命名法的基础上球谐函数和报告光谱重叠的明亮和黑暗的纳米间隙本征模。近场和远场光学性质的NPoMs进行了探索，揭示了复杂的多模式相互作用。
2019-10-05 physics.optics
Multiply resonant high quality photonic crystal nanocavities
我们提出并实验证明了一个光子晶体纳米腔与多个谐振，可以几乎独立调谐。该设计由两个正交相交的纳米梁腔组成。在实验上，我们测量腔品质因数为6,600和1000的共振分离382 nm，我们测量的最大分离506 nm的共振之间。这些结构在非线性光学过程如和频/差频和受激拉曼散射中具有很好的应用前景。
2011-06-29 physics.optics
Tunable plasmonic devices by integrating graphene with ferroelectric nanocavity
石墨烯等离子体激元具有室温激发和不同频率可调的光谱选择性等独特的特性，因此能够成为新型概念光子器件的基础。追求有效地激发和操纵石墨烯等离子体激元对于高性能器件是必要的和重要的。在这里，我们研究了石墨烯等离子体波在铁电纳米腔阵列中的传播。我们的实验表明，周期性的铁电极化可以用于掺杂石墨烯到所需的空间载流子密度图案。基于考虑石墨烯片周期性非均匀导电性的理论模型，模拟结果表明，石墨烯中的表面等离子体激元（SPP）可以被入射光以类似于光子晶体共振模式的方式激发。通过改变铁电纳米腔阵列的尺寸，石墨烯SPP共振可以从~720 cm-1调谐到~1 000 cm-1，通过动态改变栅极电压，石墨烯SPP共振可以从~540 cm-1调谐到~780 cm-1。我们的石墨烯载体工程激发SPP的策略为新型石墨烯光子器件的大规模非破坏性制造提供了一种有前途的方法。
2022-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Self-aligned hybrid nanocavities using atomically thin materials
本文提出用二维材料薄片部分覆盖光子晶体波导以自对准形成混合纳米腔，在硅PhC波导上实现高达4.0×10^5的Q因子，并在MoTe₂器件中观察到约15倍的Purcell增强。
2023-08-21 physics.app-ph physics.optics
Hybrid metal-dielectric nanocavity for enhanced light-matter interactions
尽管腔量子电动力学（CQED）的基本原理和应用取得了巨大的进展，但该领域的研究主要限于由纯电介质材料组成的光学腔。在这里，我们展示了一种混合金属-电介质纳米腔的设计，并实现它在InAs/GaAs量子光子学平台，利用角旋转金属蒸发。我们的纳米光-物质界面的主要特征包括：（i）与领先的光子晶体CQED系统相比，模体积减少了一个数量级;（ii）表面发射纳米级圆柱形几何形状，因此具有良好的收集效率;最后（iii）单光子的强宽带自发发射率增强（Purcell因子~ 8）。这种光-物质界面可能在量子技术中发挥重要作用。
2017-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanocavity-Enhanced Second-Harmonic Generation from Colossal Quantum Dots
本文通过将巨型量子点与氮化硅纳米束腔集成，利用超快脉冲激光泵浦实现了增强因子约3040的腔增强二次谐波产生，为低功率片上非线性光学提供了可扩展的量子点-腔平台。
2025-03-05 physics.app-ph physics.optics
Electrically switchable photonic diode empowered by chiral resonance
Harbin Institute of Technology (Shenzhen)（哈尔滨工业大学（深圳））；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）
本研究提出一种基于手性共振的全硅电可调光子二极管，实现非互易传输和动态状态切换，为光子学应用提供CMOS兼容的解决方案。
2026-01-27 physics.optics
Deterministic coupling of a single nitrogen vacancy center to a photonic crystal cavity
我们描述和实验证明了一种技术之间的光子晶体（PC）纳米腔和单发射器的确定性耦合。该技术是基于在原位扫描的PC腔的样品，并允许定位的腔在所需的发射器与纳米级分辨率。该技术的力量，我们称之为扫描腔显微镜（SCM），通过将PC纳米腔耦合到金刚石中的单个氮空位（NV）中心来证明，金刚石是一种发射器系统，可提供光学可访问的电子和核自旋量子位。
2010-05-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Iterative optimization of photonic crystal nanocavity designs by using deep neural networks
基于二维光子晶体（2D-PC）纳米腔的器件由其空气孔图案限定，通常需要高品质（Q）因子来实现高性能。我们证明，具有非常高的Q因子的孔模式可以有效地找到由迭代过程组成：机器学习的孔模式和相应的Q因子之间的关系，和新的数据集生成的基础上，通过机器学习获得的回归函数。首先，准备包括随机生成的腔结构及其第一原理Q因子的数据集。然后，使用初始数据集训练深度神经网络，以获得回归函数，该回归函数从结构参数近似预测Q因子。通过使用回归函数搜索参数空间来选择较高Q因子的几个候选者。在将这些新结构及其第一原理Q因子添加到训练数据集之后，重复上述过程。以标准硅基L3腔为例进行了优化设计。在101个迭代步骤中，共得到8070个腔结构，其Q值超过1100万。该理论Q因子是先前报道的由进化算法和漏模可视化方法检测的腔设计的记录值的两倍以上。结果发现，具有较高Q因子的结构可以通过探索不仅接近当前最高Q结构的参数空间，而且远离当前数据集的参数空间，在较少的迭代步骤内检测到。
2019-08-10 physics.comp-ph physics.optics
Electrically Switchable Broadband Photonic Bound States in the Continuum
如何在辐射态和束缚态之间连续操纵光子系统的问题是光子学中的一个重要挑战，因为其解决方案有望为光学传感器，调制器，开关和显示器提供广泛的技术相关性。现有的方法利用电磁场的固有波性质来发挥其优势，并且通常被识别为连续体中的束缚态（BIC），因为它们类似于嵌入辐射态带中的奇异束缚态。虽然准BIC已被证明是许多对称周期性光子晶体的，但它们的存在到目前为止仅限于窄光谱范围，并且它们在开关或调制器中的应用需要大的折射率变化。在这里，我们表明，两个引导的对称衬底波的相反相位的对称周期性薄膜波导上的入射，使激发的自稳定的BIC是电开关在一个广泛的光学范围内，与折射率的变化很小。该概念的实验验证示出了在532nm的波长处的切换对比度C=700和在632.8nm的波长处的切换对比度C=1000。
2021-02-02 physics.optics
Nanophotonic Luminescent Solar Concentrators
我们研究了两种可制造的纳米腔LSC结构，双层平板和平板光子晶体中光子局域态密度和发光太阳能聚光器（LSC）性能之间的联系。时域电磁场模拟结果表明，在相同数量的激发发光体的情况下，与工作在射线光学极限的传统LSC相比，光子晶体的波导发光光子通量可以提高30%.进一步的光子工程可以实现波导发光通量的一个数量级的增加。
2013-07-05 physics.optics
Optically and Electrically Tunable Dirac Points and Zitterbewegung in Graphene-Based Photonic Superlattices
我们证明，石墨烯基光子超晶格提供了一个多功能的平台，电子和全光控制的光子束与深亚波长精度。具体地，通过将石墨烯片插入到周期性金属介电结构中，可以设计光学超晶格，其在超晶格的介电常数的空间平均值$\bar{ \varepsilon}$为零的频率处抑制光子狄拉克点（DP）。类似于众所周知的零- $\bar{n}$带隙，我们表明，这些零- $\bar{\varepsilon}$ DP是高度稳健的结构紊乱。我们还表明，通过调谐石墨烯介电常数通过光学克尔效应或电掺杂，可以诱导DP超过\SI{30}{\nano\meter}的光谱变化，在中红外和太赫兹频率。这种广泛的可调谐性的影响，在DP附近的光子Zitterbewegung效应进行了探讨。
2015-04-28 physics.optics
High-Q nanocavities in semiconductor-based three-dimensional photonic crystals
实验证明了通过增加三维光子晶体的面内面积，可以获得高品质因数的纳米腔。整个结构由砷化镓制成的微操纵技术，和纳米腔包含InAs自组装量子点，发射近红外线。得到的Q因子提高到93,000，这是2.4倍，大于在以前的报告中的三维光子晶体纳米腔。由于这个大的Q-因子，我们成功地观察到从这个腔模式的激光振荡。
2018-09-18 physics.optics
Photon-level tuning of photonic nanocavities
光子器件性能的节能光学控制对于各种光子信号处理至关重要。在这里，我们展示了非常有效的光学调谐的光子纳米腔，只有光子级的光能。利用光学Q值高达141万、有效模体积降至0.78 $(λ/n)^3$的锂酸盐光子晶体纳米腔，我们能够实现约88.4 MHz/光子（0.67 GHz/aJ）的谐振调谐速率，这使得我们能够在整个腔谐振中进行调谐，而腔内平均只有约2.4个光子。这样的光子级谐振调谐是巨大的潜力，能源效率的光交换，波长路由，和光子器件/电路的重新配置，是未来的光子互连不可或缺的。
2019-04-23 physics.optics
Active control of light trapping by means of local magnetic coupling.pdf
主动调节纳米腔特性的能力对于光子学和量子信息的未来应用至关重要。出现了两种重要的人造材料来塑造电磁波的流动。首先，光子晶体是电介质纳米结构，可用于限制和减慢光并控制其发射。它们主要作用于光场的电分量。最近，出现了一类新的金属-介电纳米结构。这些所谓的超材料能够实现迷人的现象，如负折射，超聚焦和隐身。第二类材料通过与电和磁组件的有效相互作用实现光控制。在这项工作中，我们结合这两个概念，以获得一个积极的和可逆的控制光捕获的亚波长长度尺度。通过驱动靠近光子晶体纳米腔的纳米级磁线圈，我们与快速变化的磁场相互作用，并实现对腔的光学特性的前所未有的控制。我们实现了腔中光子寿命的可逆增强。通过成功地结合光子晶体和超材料的概念，我们的研究结果开辟了新的光控制策略的基础上的相互作用，其中包括光的磁性成分。
2009-11-19 physics.optics
Analysis and design of a Germanium multi-quantum well metal strip nanocavity plasmon laser
为了实现电泵浦等离子体激元纳米激光器，最近提出了几种结构、材料和方法。然而，要找到一个可靠的适合商业等离子体集成电路的片上等离子体源还有很长的路要走。本文提出了一种新的波导集成纳米腔等离子体激元激光器，用于1550 nm自由空间波长。由于金属条结构引起的场约束效应以及等离子体激元模与锗量子阱的强相互作用，使得该结构的Purcell因子高达291，因此该结构具有显著的输出性能。使用半经典速率方程结合有限差分时域（FDTD）腔模式分析，输出性能的措施进行了估计和确认相对于各种物理模型和仿真工具。模拟结果表明，在注入电流为10uA时，该结构的输出功率为2.8uW，在阈值泵浦电流为27mA时，输出功率为4.16mW，同时在178GHz的宽调制带宽内保持了其性能。
2019-03-19 physics.app-ph physics.optics
Carrier Transport in Electrically-Driven Photonic Crystal Membrane Lasers
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；DTU Electro, Technical University of Denmark（丹麦技术大学电气工程系）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学纳米光子学中心）
本文通过二维有限体积模拟研究电驱动光子晶体膜激光器的载流子输运，揭示非常规泄漏路径及p掺杂空间分布对注入效率和低阈值激射的关键作用。
2025-09-25 physics.optics
Pseudomagnetic Control of Light Waves in the Electrically Tunable Photonic Crystals with Deformation Engineering
该研究通过三轴形变光子蜂窝晶格构建硅基微腔，实验验证赝磁场下的光子朗道量子化与片上激发检测，并实现-0.018 THz/mW的线性电调谐，丰富集成光学器件设计原理。
2025-08-01 physics.optics
Hybrid photonic crystal cavity and waveguide for coupling to diamond NV-centers
提出了一种超高Q值光子晶体纳米腔的设计，该腔可与单晶金刚石样品表面附近的氮空位（NV）中心相互作用。该结构基于纳米线光子晶体几何形状，并且由图案化的高折射率膜（诸如由金刚石衬底支撑的磷化镓（GaP））组成。该纳米腔支持品质因数Q > 150万且模体积V < 0.52（λ/n_ \text{GaP}）^[3]的模，并有望使珀塞尔增强对位于金刚石表面以下50 nm以上的NV的自发发射的收集。纳米线光子晶体波导可用于有效地将光耦合进腔和耦合出腔，或者作为NV声子边带发射的有效宽带收集器。所提出的结构可以使用现有的材料和加工技术制造。
2009-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonreciprocal transmission in a photonic-crystal Fano structure enabled by symmetry breaking
具有非互易光传输特性的纳米结构是用于实现光子集成电路的高度期望的构建块。在这里，一个简单的和超紧凑的光子晶体结构，其中波导耦合到一个单一的纳米腔，提出和实验证明，显示非常有效的光学二极管功能。该结构的关键新颖性在于结合空间对称性破缺和腔增强材料非线性使用Fano谐振，以在超低功率下实现非互易传播效应并具有良好的波长可调谐性。该器件的非线性依赖于超快载波动力学，而不是通常考虑的热效应，允许在10 Gbit/s的比特率下以4.5 fJ/bit的低能耗演示非互易操作。
2014-09-10 physics.optics
