Reconfigurable photonics on a glass chip
集成光子芯片的可重构性在当前线性光学量子计算领域的实验中起着关键作用。我们展示了一个可重构的多端口干涉仪实现为飞秒激光写入集成光子器件。该器件包括一个飞秒激光写入的$4\times 4$多端口干涉仪，配备了12个热光移相器，使其成为一个通用的可编程线性光学电路。我们实现了单套马赫-曾德尔干涉仪$\sim10$ ms的快速开关时间，并定量分析了光路的可重构性。我们相信，我们的研究结果将改善目前状态的量子光学实验利用飞秒激光写入光子电路。
2018-05-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Heterogeneously Integrated Balanced Photodetector on an Ultra-Low Loss Silicon Nitride Delay Line Interferometer
University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究在超低损耗氮化硅平台上集成高性能光探测器，核心方法是异质集成InGaAs平衡光电探测器与氮化硅马赫-曾德尔干涉仪，主要贡献是实现片上稳定激光器和电路等功能。
2026-07-07 physics.optics
Chalcogenide glass planar MIR couplers for future chip based Bracewell interferometers
光子集成电路由于其紧凑性、高集成度、低损耗和稳定性而被确立为许多天文处理功能的选择技术。温度控制、机械振动和声学噪声对于这样的设备变得可控，使得能够进行比体光学器件实际上可以考虑的复杂得多的处理。迄今为止，这些好处主要集中在1550 nm左右的波长，但在重要的中红外区域，标准光子芯片强烈吸收光。硫系玻璃是众所周知的，他们的透明度超过10000 nm，和第一个结果耦合器设备打算用于干涉调零器外行星观测中红外L波段（3800-4200 nm）在这里显示，合适的性能可以获得理论和实验上的第一个制造的设备在4000 nm下工作。
2016-08-15 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.optics
On-Chip Optical Transduction Scheme for Graphene Nano-Electro-Mechanical Systems in Silicon-Photonic Platform
提出了一种石墨烯基纳米机电系统（NEMS）应变和位移的片上光学转换方案。对三种硅光子集成电路结构的可行性进行了详细的数值研究：马赫-曾德尔干涉仪（MZI），微环形谐振器和环形加载MZI。使用加载有具有2400的中等Q因子的环形谐振器的Mach-Zehnder干涉仪的基于折射率感测的技术可以分别产生对于位移和应变的28 fm/sqrt（Hz）和6.5E-6%/sqrt（Hz）的灵敏度。虽然任何相位敏感的集成光子器件都可以用于光学转换，但在这里，我们表明，通过将谐振与相位灵敏度相结合，可以实现最佳灵敏度。
2018-01-04 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Quantum Interference from a Single Silicon Ring Resonator Source
在这里，我们展示了量子干涉的光子在硅芯片上产生的单环谐振腔光子源。该光源与马赫-曾德尔干涉仪无缝集成，其路径纠缠通过硅环形谐振腔中的自发四波混频产生的简并双光子。通过改变集成马赫-曾德尔干涉仪的相对相位来控制所得到的双光子N 00 N态，从而得到V~ 96%的高双光子干涉活力。此外，我们表明，可以使用泵波长调谐到我们的可调谐激光器（C+L波段）访问的所有环共振产生的干扰。这项工作是对多个光子源和量子线路在单片芯片上的简化集成的关键演示，反过来，使量子信息芯片具有更大的复杂性和功能。
2015-04-16 physics.optics quant-ph
Modular Linear Optical Circuits
我们提出并证明了一个模块化的可重构片上线性光电路的架构。每个模块包含10个独立的相位控制马赫-曾德尔干涉仪;几个这样的模块可以相互连接，以构建大型可重构干涉仪。有了这种架构，大型干涉仪比传统的定制单片设计更容易构建和表征。我们证明了我们的方法，通过制造三个模块的紫外线写入硅基二氧化硅芯片的形式。我们表征这些芯片，将它们相互连接，并实现广泛的线性光学变换。我们设想，这种架构将使许多未来的量子光学实验。
2018-03-12 physics.optics quant-ph
On-chip interrogator based on Fourier Transform spectroscopy
本文介绍了一种基于积分傅里叶变换（FT）光谱的新型光谱仪的设计和表征。据我们所知，这是第一个用于光子传感器询问的集成FT光谱仪。它由一个平面空间外差光谱仪，这是实现使用不同的光程差的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的阵列。每个MZI采用3 $\times$ 3多模干涉仪，允许复傅立叶系数的检索。我们推导出一个系统的非线性方程组的解决方案，这是从牛顿的方法数值获得的，给出了作为时间的函数的传感器的谐振的调制。通过将其中一个传感器作为参考，对其不施加外部激励并且其温度保持恒定，已经补偿了集成MZI的热致相位漂移的约92 $\%$。实验获得的最小调制幅度为400 fm，这比FT光谱仪分辨率小两个数量级以上。
2019-03-21 physics.optics
Towards On-Chip MEMS-Based Optical Autocorrelator
提出了一种基于硅微机械迈克耳孙干涉仪和光电探测器双光子吸收非线性的紧凑型MEMS光学自相关器。小型化的自相关器具有1.2 ps的扫描范围，并且在1100-2000 nm的波长范围内工作。该设备测量干涉自相关，由于其共线性质，从强度自相关可以计算。还可以测量场的自相关，由此可以计算光脉冲谱。建立了基于高斯光束传输的理论模型，研究了光束发散角、脉冲色散、干涉镜倾斜角和干涉脉冲幅度失配对干涉仪测量结果的影响。该模型解释了由于使用MEMS干涉仪而在实验测量中观察到的许多效应。几个脉冲在100 fs的顺序的自相关信号的实验结果进行了比较，商业自相关器和一个很好的匹配。
2018-09-12 physics.app-ph physics.optics
Development of a Chip-Scale Optical Gyroscope with Weak Measurement Amplification Readout
本文提出一种将环形谐振器与逆弱值放大Sagnac干涉仪耦合的集成光学芯片设计，在理想条件下最小可检测角旋转速率达0.1度/小时，且信噪比、精度和检测误差均比传统方案提升十倍以上。
2025-07-22 physics.app-ph physics.optics
Data-driven Modeling of Mach-Zehnder Interferometer-based Optical Matrix Multipliers
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
光子集成电路正在促进光学神经网络的发展，由于光学信号特别适合于实现矩阵乘法，因此光学神经网络具有比其电子对应物更快和更节能的潜力。然而，用于光学矩阵乘法的光子芯片的精确编程仍然是一个困难的挑战。在这里，我们描述了简单的分析模型和数据驱动模型离线训练的光学矩阵乘法器。我们训练和评估的模型使用实验数据从一个制造的芯片具有马赫-曾德尔干涉仪网格实现3乘3矩阵乘法。基于神经网络的模型在预测误差方面优于简单的基于物理的模型。此外，神经网络模型还能够预测覆盖C波段的多达100个频率信道的矩阵权重中的频谱变化。使用神经网络模型对芯片进行编程以实现光学矩阵乘法，提高了多个机器学习任务的性能。
2023-03-06 cs.LG cs.NE physics.optics
Fabrication of a multifunctional photonic integrated chip on lithium niobate on insulator using femtosecond laser assisted chemo-mechanical polish
报道了利用飞秒激光辅助化学机械抛光技术在绝缘层上的钛酸锂（LNOI）上制备多功能光子集成芯片。我们通过重新配置与多功能光子电路集成的微电极阵列，在所制造的芯片上展示了高消光比的分束镜、1 * 6光开关和平衡的3 * 3干涉仪。
2019-07-08 physics.app-ph physics.optics
On-chip arbitrary dispersion engineering with deep photonic networks
本文利用定制马赫-曾德尔干涉仪构建的深度光子网络，实现了片上任意色散分布的设计与优化，并实验验证了在1.54-1.58 μm波长范围内具有三角色散和低插入损耗的双端口网络，展示了多端口网络增强设计自由度的潜力。
2025-06-19 physics.optics
Universal on-chip polarization handling with deep photonic networks
Ku.edu.tr（韩国大学）
本文提出基于级联马赫-曾德尔干涉仪的深度光子网络设计范式，结合物理信息神经网络实现片上通用偏振处理，并展示了偏振分束器等器件在120 nm带宽内超过20 dB消光比的性能。
2025-08-18 cs.LG physics.optics
Programmable on-chip synthesis and reconstruction of partially coherent two-mode optical fields
CREOL, The College of Optics & Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院）
本文提出了一种可编程芯片上的双模光学场合成与重构方法，通过非单位ary变换和单位ary变换实现相干矩阵的合成与重构，为高维结构化部分相干光的应用提供了新途径。
2026-01-14 physics.optics
Athermal and tunable echelle grating wavelength demultiplexers using a Mach-Zehnder interferometer launch structure
我们提出了一个比较实验研究的三个硅光子中阶梯光栅解复用器，集成了马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的发射结构。通过适当选择MZI配置，解复用器信道波长的温度引起的偏移可以被抑制（无热）或增强（过热），或者由片上微加热器控制。后两种配置允许使用比通过温度调谐常规中阶梯光栅解复用器可能的功率更低的功率来主动调谐信道波长。在无热配置中，与未修改的中阶梯光栅设备的83 pm/C偏移相比，测量的通道光谱偏移减小到小于10 pm/C。在超热操作中，实现了170 pm/C的增强的沟道温度调谐速率。最后，通过使用片上加热器调制MZI相位，可以使用小于20 mA的驱动电流主动调谐解复用器通道，以校正高达20 C的环境温度波动。
2022-01-07 physics.app-ph physics.optics
Phase Stable Integrated Delay Line Asymmetric Mach Zehnder Interferometers Enabled by High Efficiency 3 dB Couplers for Chip Scale QKD
Department of Electrical and Computer Engineering, Malek Ashtar University of Technolog, Tehran, Iran（马利克·阿什塔尔理工大学电气与计算机工程系）
本文提出一种基于Si3N4/SiO2平台的紧凑集成非对称马赫-曾德尔干涉仪，通过优化3 dB定向耦合器实现精确50:50分束，在C波段插入损耗低于0.5 dB，提供500 ps光学延迟，干涉可见度高于0.99，适用于千兆赫速率时间箱QKD系统。
2026-06-23 physics.optics quant-ph
Thermo-Optic Properties of Silicon-Rich Silicon Nitride for On-chip Applications
本研究表征了PECVD制备的不同硅含量富硅氮化硅薄膜的热光系数，揭示二者关联并测得最高值，还研制出高消光比、低功耗的SRN MMI热光开关，为片上光子应用提供支撑。
2020-05-09 physics.app-ph physics.optics
Diagonalizing an optical coherence matrix via on-chip Stokes tomography
CREOL, The College of Optics & Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院）
该研究利用片上斯托克斯层析成像实现了相干矩阵的对角化，验证了其在多模结构化相干中的有效性，还纠正了相干矩阵重构的步数认知，仅需O(N)步即可完成。
2026-08-25 physics.optics
Interferometric Beam Combination with a Triangular Tricoupler Photonic Chip
光束组合器是光学/红外天体物理干涉仪的重要组成部分，对于如何最佳地组合两个或多个光束以进行条纹跟踪并获得复杂的条纹可见度有许多变体。一种这样的方法是使用集成光学芯片，可以即时提供测量的能见度没有时间或空间调制的光路。目前的非对称平面设计是复杂的，导致在吞吐量的惩罚，所以在这里，我们提出了一个三维三角形三耦合器，可以提供所需的干涉信息，一个简单的设计和只有三个输出的发展。这种光束组合器计划集成到即将推出的$\textit{Pyxis}$干涉仪中，在那里它可以用作具有低尺寸覆盖区的高通量光束组合器。这样的耦合器的特性的结果，突出了85 $\pm$ 7%的吞吐量和33：33：33和52：31：17之间的通量分裂比超过20%的带通。我们还展示了芯片对光路变化的响应，在每个输入延迟处获得瞬时复可见度和群延迟估计。
2022-03-21 astro-ph.IM physics.optics
Topologically protected bound states in the continuum and strong phase resonances in integrated Gires-Tournois interferometer
连续介质中的光子束缚态（BIC）是具有无限寿命的本征模，与辐射波的连续谱共存。BIC不仅在理论上有很大的意义，而且在实际中有广泛的应用，例如在光学谐振腔的设计中。在这里，我们研究这种现象在一个新的集成纳米光子元件组成的一个单一的电介质脊终止突然结束平板波导。这种结构可以被认为是Gires-Tournois干涉仪（GTI）的片上模拟。我们证明，在传统的GTI相比，建议的集成结构支持高Q相位谐振和“条件”BIC。我们开发了一个简单但非常精确的耦合波模型，它澄清了BIC形成的物理过程，并能够预测它们的位置。我们证明了所研究的BIC是拓扑保护的，并首次研究了当两个具有相反拓扑电荷的BIC湮灭时发生的强相位共振效应。
2019-04-15 physics.optics
A Chip-scale, Full-Stokes Polarimeter
光的偏振传递了可以被关键应用利用的独特信息。传统旋光仪中使用的庞大而昂贵的分立光学元件限制了它们的广泛采用。一个紧凑，低成本的偏振计将把这种功能带入无数的新场景，并彻底改变其利用。在这里，我们提出了一个高性能，全斯托克斯旋光仪的硅芯片。表面偏振分束器和片上光学干涉仪电路产生最佳条件偏振计的分析矩阵。这种固态偏振计是一种具有特殊的紧凑性、稳定性和速度的片上系统，可以单独使用或集成阵列。大型阵列可以提高全斯托克斯成像的速度和分辨率;因此，我们的设计提供了一个可扩展的偏振计解决方案。
2018-11-23 physics.app-ph physics.optics
On-chip Quantum Measurement of Squeezing Generated from a Silicon Nitride Micro-ring Resonator
City University of Hong Kong（香港城市大学）；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
该研究提出利用两个匹配的氮化硅微环，通过片上量子测量方案观测到4.6 dB量子噪声降低，实现了首个单片SU(1,1)干涉仪，为芯片量子传感器提供实用路径。
2026-08-05 physics.optics quant-ph
100 GHz Micrometer compact broadband Monolithic ITO Mach Zehnder Interferometer Modulator enabling 3500 times higher Packing Density
电光调制器在光收发器中提供关键功能，并且越来越多地在用于机器学习和信号处理的光子可编程专用集成电路（ASIC）中提供关键功能。然而，铸造就绪的基于硅的调制器和利用锂酸盐的基于常规材料的装置两者在同时提供高芯片封装密度和快速度方面都有不足。电流驱动的基于ITO的调制器具有通过有效的光物质相互作用实现两者的潜力。在这里，我们介绍微米紧凑型马赫曾德尔干涉仪（MZI）的调制器能够超过100 GHz的开关速率。在光子波导上集成ITO薄膜，光谱宽带，紧凑型MZI移相器。值得注意的是，这允许在相同的芯片面积内集成超过3500个这些调制器作为仅一个单个硅MZI调制器。本文介绍的调制器设计具有基于光子、电子和RF的整体优化，并包括非对称MZI调谐步骤，以优化消光比（ER）与插入损耗（IL）和电介质厚度扫描，从而平衡ER和速度之间的权衡。在CMOS兼容偏置电压电平的驱动下，该器件是第一款满足机器智能革命中下一代调制器对处理器的需求，以及边缘和云计算需求以及光收发器等需求的器件。
2022-03-24 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Interferometric Excitation of an Infinity-Loop Microresonator
University of Trento（特伦托大学）；Boston University（波士顿大学）
本文提出一种芯片内干涉激发方案，用于研究非厄密光子器件的相位依赖效应和相干控制。通过相位稳定的干涉路径，实现对微谐振器内能量分布的控制，提升环形功率至单端口激发的两倍。
2026-10-01 physics.optics
On-chip control of the coherence matrix of four-mode partially coherent light: rank, entropy, and modal Stokes parameters
CREOL, The College of Optics & Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院）
该研究通过芯片上的六边形网格干涉仪操控四模部分相干光的相干矩阵，实现相干秩、熵和斯托克斯参数的控制，为高维相干矩阵的合成与重建提供了可扩展的方案。
2026-01-30 physics.optics
Electro-optic routing of photons from single quantum dots in photonic integrated circuits
固态光子量子技术的最新突破使得能够以一系列光子量子技术所需的接近1的效率生成和检测单光子。然而，缺乏在同一芯片内同时产生和控制光子的方法，已经形成了实现高效多量子比特门和利用芯片级量子光子学优势的主要障碍。在这里，我们提出并证明了一个集成的电压控制移相器的基础上的电光效应，在悬浮光子波导嵌入量子发射器。相位控制允许构建具有两个正交臂的紧凑型马赫-曾德尔干涉仪，利用砷化镓中的各向异性电光响应。由单个自组装量子点发射的光子可以主动路由到干涉仪的两个输出端。这些结果，连同观察到的亚微秒响应时间，构成了芯片级单光子源解复用，光纤环玻色子采样，线性光学量子计算的重要一步。
2017-07-20 physics.optics quant-ph
On-Chip Chemical Sensing Using Double-slot Silicon Waveguide
在本文中，我们提出了使用双缝硅波导马赫曾德尔干涉仪的折射率测量。我们提出了一种双槽波导，提供了最好的灵敏度和检测极限相比，线和单槽波导。我们展示了单模波导和双缝波导之间的超低损耗耦合，以及双缝激励的实验证明。双缝波导被用来演示一个高灵敏度的浓度传感器。使用非平衡Mach-Zehnder作为传感器装置，以证明去离子水中氯化钾的浓度。通过实验可以获得700 nm/RIU的灵敏度和7.142 e ^-6 RIU的检测限。据我们所知，所展示的灵敏度是片上引导波导感测方案的最高灵敏度。
2023-02-09 physics.app-ph physics.optics
Sagnac interference in integrated photonics for reflection mirrors, gyroscopes, filters, and wavelength interleavers
Sagnac干涉作为干涉测量的一种基本光学方法，在光学系统的反射操纵、精密测量和光谱工程中有着广泛的应用。与其他干涉配置相比，它提供了有吸引力的优势，通过产生降低的系统复杂性，而不需要在不同的路径之间的相位控制，从而提供了高度的稳定性，对外部干扰和低波长依赖性。集成制造技术的进步使得芯片级Sagnac干涉仪与通过空间光或光纤设备实现的更传统的方法相比具有大大减少的占用空间和改进的可扩展性。这促进了具有双向光传播的各种集成光子器件，与诸如马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和环形谐振器（RR）的单向光传播器件相比，显示出新的特征和能力。在这里，我们提出了我们的最新成果的功能集成光子器件的基础上Sagnac干涉。我们概述了集成Sagnac干涉器件的理论，并与其他集成光子构建模块（如MZI、RR、光子晶体腔和布拉格光栅）进行了比较。我们提出了我们的最新成果，Sagnac干涉器件实现在集成光子芯片，包括反射镜，光学陀螺仪，基本的过滤器，波长（去）转换器，和量子物理学的光学模拟。
2023-02-25 physics.optics
Coherency-broken Bragg filters: surpassing on-chip rejection limitations
具有高抑制水平的选择性片上光学滤波器是各种先进光子电路的关键部件。然而，在最先进的片上器件中可实现的最大抑制受到由制造缺陷引起的相位误差的严重限制。由于相干相互作用，不需要的相移会导致有害的相消干涉，使滤波器响应失真，无论选择何种策略（谐振器、干涉仪、布拉格滤波器等）。在这里，我们提出并通过实验证明了一种完全不同的方法来克服这一根本限制，该方法基于相干性破坏的布拉格滤波器。我们利用单模波导分离的模式工程波导布拉格光栅之间的非相干相互作用，即使在存在制造误差的情况下，也能产生有效的级联。这种技术上独立的方法允许滤波器级与中等性能的无缝组合，从而大幅提高片内抑制。基于这一概念，我们实验证明片上非相干级联的Si布拉格滤波器的记录光抑制超过80 dB的C波段。
2018-06-19 physics.optics quant-ph
Reconfigurable Photonic Circuit for Controlled Power Delivery to Laser-Driven Accelerators on a Chip
介质激光加速器（DLA）是一种很有前途的在芯片上构建微型粒子加速器的方法。然而，类似于传统的RF加速器，需要一种自动和可重构的控制机制来将DLA技术扩展到高能量增益和实际应用。我们提出了一个系统，提供控制的激光耦合到DLA使用集成光学和引入一种新的组件，用于功率分配使用可重构的马赫-曾德尔干涉仪网格。我们展示了如何这样的网格可以顺序和有效地调整，以优化电路中的功率分布，并发现这种策略具有良好的缩放性能相对于网格的大小。
2019-06-18 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Digital Fourier transform spectroscopy: a high-performance, scalable technology for on-chip spectrum analysis
光谱分析是光谱传感、光网络性能监测和高光谱成像的基石。虽然用于执行此类分析的传统高性能光谱仪通常是大型台式仪器，但片上光谱仪最近已成为具有明显尺寸，重量和功率（SWaP）优势的有前途的替代品。然而，现有的片上光谱仪设计在光谱通道计数和信噪比（SNR）方面受到限制。在这里，我们展示了一种变革性的片上数字傅里叶变换（dFT）光谱仪，它可以通过可重构马赫-曾德尔干涉仪的时域调制来获取高分辨率光谱。该器件采用行业标准硅光子技术制造和封装，具有多路复用优势，可显著提高SNR和前所未有的可扩展性，能够解决呈指数级增长的光谱通道数量。我们进一步将机器学习正则化技术应用到频谱重建中，实现了显著的噪声抑制和超出经典Rayleigh准则的频谱分辨率增强。
2018-03-16 physics.app-ph physics.optics
A monolithically integrated polarization entangled photon pair source on a silicon chip
集成光子电路具有体积小、干涉稳定、模场重叠接近完美等优点，是实现大规模光子量子信息系统的最有前途的平台之一。由于许多量子信息协议都是基于光子偏振定义的量子比特，因此我们必须开发集成的构建模块，以便在芯片上生成、操纵和测量偏振编码的量子态。发电机组尤为重要。在这里，我们展示了第一个集成偏振纠缠光子对源的芯片。我们已经实现了源作为一个简单而稳定的绝缘体上硅光子电路，产生的纠缠态与91 \pm 2%的保真度。该光源配备了硅基二氧化硅或其他类型波导平台的通用接口，可容纳偏振操纵和投影设备以及泵浦光源。因此，我们已经为在芯片上实现光子量子信息系统做好了准备。
2012-11-13 physics.optics quant-ph
Programmable generation of optical skyrmions on a silicon photonic chip
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；The University of Hong Kong（香港大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
该研究在硅光子芯片上集成可编程马赫-曾德尔干涉仪网络与多维光栅发射极，实现了多种光学 skyrmion 及 bimeron 的高效可编程生成，为下一代通信和传感系统提供了新方案。
2026-09-01 physics.optics
Broadband on-chip optical non-reciprocity using phase modulators
打破光子集成电路（PIC）中光传播的互易性-特别是在CMOS兼容的绝缘体上硅平台中-是一个激烈的研究课题。然而，光隔离器和环行器的单片集成的实际解决方案仍然难以捉摸。在这里，我们提出并分析了一种新的非互易光子架构与标准单模波导（或光纤）。我们的设计利用级联相位调制器分离的光延迟线和适当的时移波形驱动。因为它是基于完全平衡的干涉仪，不涉及谐振结构，我们的计划也本质上是宽带的。使用现实的参数，我们计算出的消光比优于20 dB和插入损耗低于-3 dB。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modulation-free Laser Stabilization Technique Using Integrated Cavity-Coupled Mach-Zehnder Interferometer
提出一种以集成腔耦合MZI作为光频噪声鉴别器的无调制激光稳频技术，在保持PDH灵敏度的同时降低功耗、简化架构并便于集成，实验将激光积分线宽由6.1 MHz压至695 KHz。
2023-06-14 physics.ins-det physics.optics
Chip-to-chip optical multimode communication with universal mode processors
本文提出基于可编程4×4 MZI网络的通用模式处理器芯片，实现LP与OAM模式的智能产生、分类及25 Gbit/s芯片间MDM通信。
2023-06-20 physics.app-ph physics.optics
On-chip Optical Phase Monitoring in Multi-Transverse-Mode Integrated Silicon-based Optical Processors
我们设计了一个多横模光处理器（MTMOP）220 nm厚的硅光子利用前两个准横电模式（TE 0和TE 1）。目的是测量编程光学处理器所需的光学相位，而不使用传统的光学相位检测技术（例如，相干检测）。在所提出的设计中，我们使用了一种新颖但简单的构建块，将光相位转换为光功率。模式TE 0承载主光信号，而模式TE 1用于编程目的。MTMOP操作依赖于通过模式敏感移相器传播的TE 0和TE 1的群速度不同的事实。非平衡马赫-曾德尔干涉仪（MZI）由两个臂上的模式敏感和模式不敏感移相器组成。我们设置移相器的偏置，使得在两个臂中传播的TE 0相长干涉，而对于TE 1则不是这种情况。因此，我们通过测量TE 1的光功率的变化来检测施加到TE 0的相移。据我们所知，这个设计是第一次尝试实现一个可编程的光学处理器，完全集成的编程单元，利用多模硅光子。
2022-05-20 physics.optics
Towards ultracompact photonic chips using higher-order modes in closely spaced waveguides
本文利用紧密排列波导中的高阶模式显著降低串扰，从而大幅缩小光子芯片尺寸，并设计了基于高阶模式的定向耦合器、3-dB分路器及马赫-曾德尔干涉仪等超紧凑组件。
2025-08-07 physics.app-ph physics.optics
Dual slow-light enhanced photothermal gas spectroscopy on a silicon chip
针对集成光子传感器光-气体相互作用弱的问题，本文在硅平台上提出双慢光增强光热光谱方案，通过定制光子晶体波导色散实现高检测灵敏度，为集成气体传感器提供新路径。
2025-11-11 physics.optics
Power and spectral characterization of photonic integrated circuit based axicon like lens
我们展示了一个芯片上的绝缘体上硅（SOI）轴棱锥蚀刻使用低分辨率（200 nm的特征尺寸，250 nm的间隙）深紫外光刻制造。轴棱锥由圆形光栅和七个1x2多模干涉仪级组成。我们提出了一种技术，切趾的光栅方位角，打破了圆成弧，成功地增加了穿透深度的光栅从$\approx$ 5 $μ$米到$\approx$ 55 $μ$米。我们通过将1300 $\pm$ 50 nm扫频源激光从轴棱锥耦合到芯片，并测量从光栅耦合器耦合出的光来表征器件的性能。此外，我们还提出了实现平衡零差检测方法的光谱特性的设备，并表明轴棱锥的输出波瓣的位置不随波长的显着变化。
2020-08-12 physics.optics
Hardware-aware Lightweight Photonic Spiking Neural Network for Pattern Classification
Xidian University（西安电子科技大学）；Southwest Jiaotong University（西南交通大学）；Yongjiang laboratory（甬江实验室）
本文提出面向硬件的轻量级光子脉冲神经网络架构，通过硬件-软件协同计算实现高效模式分类，展示了90%和80.5%的准确率及高能效。
2025-11-29 physics.optics
Independently reconfigurable internal loss and resonance-shift in an interferometer-embedded optical cavity
光学腔在激光器、频率梳、光学机械和光学信号处理器中有着广泛的用途。谐振频率和损耗的完全可重构性使得通用现场可编程腔体的开发能够在这些应用中实现所需的性能。传统的可重构腔通常限于特定的材料平台或特定的光学调谐方法，并且需要复杂的制造。此外，损耗的调谐耦合到腔中的谐振偏移。我们提出并演示了一种简单且通用的腔结构干涉仪，该干涉仪能够准周期性地修改内部腔损耗和腔谐振，以重新配置混合腔的Q因子、传输特性和群延迟，并可以简单地调谐干涉仪中的光相位。我们还演示了从谐振偏移中解耦损耗调谐的方法，这使得谐振锁定可重构性成为可能。这种结构还能够使用相同的相位调谐技术实现更短和更长波长的谐振移位，这在传统的可重构腔中是具有挑战性的。这些器件可以在任何导波平台（片上或光纤）中实现，在可编程光子学和可重构光机械学中具有潜在的应用。
2022-11-07 physics.app-ph physics.optics
A broadband silicon photonic-integrated-circuit based RF spectrum analyzer with 10 MHz spectral resolution
本文提出一种基于硅光子集成电路的宽带射频频谱分析仪，结合超高分辨率散斑光谱仪与干涉式射频到光编码方案，在10 GHz带宽内实现10 MHz分辨率，并支持快速更新速率。
2025-11-05 physics.optics
All-optical mode unscrambling on a silicon photonic chip
光束通过散射或多模系统的传播可能导致光的空间相干性的随机化。虽然信息不会丢失，但其恢复需要原始信号的相干干涉重建，该原始信号已被加扰成散射系统的模式。在这里，我们表明，我们可以自动解读四个光束，已被任意混合在多模波导，撤销的散射和空间模式之间的混合，通过硅光子马赫-曾德尔干涉仪的网格。使用嵌入式透明探测器和渐进式调谐算法，网格自动进行自我配置，并在显著干扰混合后自行重置，而无需关闭光束。我们证明了四个独立的10 Gbits/s的信息通道的恢复，与残留的串扰之间的光束为-20 dB。光学系统中的这种自配置和自复位原理应该适用于广泛的光学应用。
2017-01-10 physics.ins-det physics.optics
Thermal tuners on a Silicon Nitride platform
在本文中，设计权衡的氮化硅上实现的小足迹热调谐器，并探讨通过测量和支持基于马赫-曾德尔干涉仪的光子芯片的模拟。首先，电性能的调谐器进行评估，紧凑性和恶化之间的折衷。其次，分析了热效率、开关功率和加热器尺寸中涉及的不同变量。最后，重点探讨这种紧凑型调谐器的限制方面的芯片组件密度，热串扰也进行了研究。报道了尺寸为270 × 5 μ m2，开关功率为350 mW的调谐器，在20 μm以上的距离上，相邻器件的感应相位变化小于一个数量级。提出了提高器件热效率、功耗和弹性的途径
2016-04-11 physics.optics
On-chip quantum interference between independent lithium niobate-on-insulator photon-pair sources
本研究基于绝缘体上铌酸锂集成光子芯片，实现了独立光子对源的高效产生与高可见度片上量子干涉，为大规模集成量子光子学及玻色采样、量子通信等应用提供了可行路径。
2024-04-12 physics.optics quant-ph
Experimental boson sampling in arbitrary integrated photonic circuits
光子自然地解决了玻色子采样问题：在线性光学干涉仪中对多光子实验的输出进行采样。这被强烈认为是很难在经典计算机上做到的，并推动了技术的发展，使大型干涉仪中的多光子干涉的精确控制。在这里，我们报告的多光子实验中的5模式集成干涉仪。我们使用新的三维制造技术，以实现同时控制25个独立的参数，描述了任意干涉仪。我们使用单光子和双光子实验来表征芯片，并证实了三光子干涉的量子力学预测。这种设置的放大版本是证明量子系统计算能力的最有希望的方法，并且可能在高精度测量和量子通信中有应用。
2012-12-12 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Single-Shot Integrated Speckle Spectrometer with Ultrahigh Bandwidth-to-Resolution
本研究提出一种基于无源硅光子芯片的单次拍摄集成散斑光谱仪，利用高像素图像传感器和片上去相关光学网络，实现了10 pm分辨率、200 nm带宽及2730个采样通道的高性能光谱检测。
2025-05-21 physics.optics
An Integrated Ultralow Noise Spiral Interferometric Laser
MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）
本文提出了一种基于干涉仪的超低噪声芯片集成激光，实现了超窄线宽和低频率噪声，展示了在微波频率转换中的高性能表现。
2026-02-18 physics.optics
Passive Silicon Nitride On-Chip Polarimetry: Precise Polarization Detection with Imperfect Components
本研究提出了一种基于硅氮化物芯片的被动光子集成电路，利用紧凑的偏振分裂光栅耦合器和干涉仪实现精确偏振检测，并通过校准程序克服制造缺陷带来的影响。
2025-12-03 physics.app-ph physics.optics
Simulation of integrated nonlinear quantum optics: from nonlinear interferometer to temporal walk-off compensator
本文提出一个集成非线性量子光学仿真框架，并设计芯片级时间走离补偿方案，在不增加泵浦功率下提升光子对源压缩参数与频率转换效率。
2024-07-20 physics.optics quant-ph
On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons
集成光子电路是光子量子技术和实现基于芯片的量子器件的关键部件。未来的应用需要灵活的架构来克服许多当前设备的常见限制，例如缺乏可调性或内置量子光源。在这里，我们报告的动态可重构集成光子电路，包括集成量子点（QD），马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和表面声波（SAW）换能器直接制造在单片半导体平台上。我们演示了片上单光子产生的量子点及其亚纳秒级的动态片上控制。两个独立应用的SAW压电光学机械地旋转MZI中的单光子或光谱调制QD发射波长。在MZI中，SAW压印了一个依赖于时间的光学相位，并将量子比特旋转调制到输出叠加态。这实现了频率超过1千兆赫的动态单光子路由。最后，量子点的动态单光子控制和光谱调谐的结合实现了输入光子态的波长复用和在输出端的解复用。我们的方法可扩展到多组件集成量子光子电路，并与混合光子架构和其他关键组件，例如光子谐振器或片上检测器兼容。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Atomic vapor spectroscopy in integrated photonic structures
我们研究了一个集成光学芯片浸没在原子蒸气提供几个波导几何光谱应用。通过氮化硅波导和干涉仪的窄带传输被改变时，被引导的光耦合到铷原子的蒸汽通过波导模式的倏逝尾。我们使用光栅耦合器来耦合波导模式和辐射波之间，这允许解决芯片表面上的任意耦合位置。数值模拟结果与实验结果吻合较好。这项工作表明了碱原子光谱的小型化和集成化的下一步，并为复杂波导结构的进一步基础研究提供了一个平台。
2015-05-04 physics.atom-ph physics.optics
On-chip measurement of the modal Stokes-Gell-Mann parameters for partially coherent three-mode light
CREOL, The College of Optics & Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院）
提出并实验演示了在光子集成平台上首次直接测量部分相干三模光场的Stokes-Gell-Mann参数，通过重构3×3相干矩阵探索等熵场空间。
2026-06-11 physics.optics
