Tunable narrowband microwave photonic filter created by stimulated Brillouin scattering from a Silicon nanowire
我们展示了第一个功能的信号处理设备的基础上受激布里渊散射的硅纳米线。我们仅使用1 dB的片上SBS增益来创建具有48 dB抑制、98 MHz线宽和6 GHz频率调谐的RF光子陷波滤波器。该器件在片上微波信号处理中具有潜在的应用价值，为研制第一个CMOS兼容的高性能射频光子滤波器奠定了基础。
2015-06-25 physics.optics
Highly-efficient, narrow-linewidth Brillouin microlasers implemented in compact thin-film lithium niobate microresonators
State Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所超快激光科学与技术国家重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术研究中心）；State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University（华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室）；The Extreme Optoelectromechanics Laboratory (XXL), School of Physics and Electronic Science, East China Normal University（华东师范大学物理与电子科学学院极端光机电实验室）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海市量子科学研究中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）；Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University（山东师范大学光调控与应用协同创新中心）
本文提出一种结合交叉偏振受激布里渊散射方案与故意施加斯托克斯模式分裂的方法，实现高效、低阈值和窄线宽的布拉格微激光器，通过三共振和相匹配条件在114微米直径的薄膜铌酸锂微谐振器中实现高精度对准。
2026-03-23 physics.optics
All-optical wavelength-tunable narrow-linewidth fiber laser
窄线宽光纤激光器的频域参数调控在光量子计算、精密相干探测、微波产生等领域有着广泛的应用前景。全光学方法提供了紧凑，精确和快速的途径来实现这些激光器的波长可调谐性。在这里，利用石墨烯的光热效应，以精确地控制操作的自由运行的激光器的调谐速度为140 MHz/ms。辅助的单纵模操作和受激布里渊散射的线宽抑制，我们得到一个光可控的~750 Hz的光纤激光器的波长调谐范围为3.7 nm。
2017-12-12 physics.optics
High-power monolithic narrow-linewidth 1.6 mJ/8 ns fiber laser system based on all-glass spun tapered double-clad fiber amplifier
本研究提出一种基于全玻璃旋捻锥形双包层光纤的 1.6 mJ 窄线宽纳秒脉冲光纤激光系统，无需缓解受激布里渊散射即可实现 160 W 平均功率和优异的光束质量及相干性。
2025-08-09 physics.optics
The Phonon-Limited-Linewidth of Brillouin Lasers at Cryogenic Temperatures
激光线宽在光谱学、频率计量学和所有需要高相干性的激光应用中至关重要。这也是非常重要的，因为肖洛-汤斯激光器的线宽极限是量子起源的。近年来，受激布里渊激光器（SBL）的线宽理论得到了报道。虽然SBL线宽公式表现出的功率和光学Q因子的依赖性是相同的肖洛-汤斯公式，噪声源不存在于两级激光器，声子占据的布里渊力学模式，被预测为占主导地位的SBL线宽的贡献。此外，由于声子的参与，SBL线宽的量子极限被预测为Schawlow-Townes极限的两倍。为了帮助证实这一理论的SBL基本线宽测量在低温下的硅微谐振器。它的温度依赖性和SBL线宽理论相结合，预测在三个温度下的热机械量子数。这一结果与微波速率布里渊模的玻色-爱因斯坦声子占有率一致，支持了SBL线宽理论的预言。
2017-06-11 physics.optics
Self-injection-locked optical parametric oscillator based on microcombs
提出一种基于高Q微腔多模相干OPO（微梳）和自注入锁定技术的可调谐相干振荡器，实现了20 nm粗调谐和亚赫兹级线宽，并实现了微梳的重复率稳定化。
2024-03-20 physics.optics
Highly-coherent stimulated phonon oscillations in a multi-core optical fiber
产生相干声波的光机械振荡器在基础研究和应用方面都引起了广泛的兴趣。窄带振荡可以通过向声波引入反馈来获得。这一概念的大多数以前的实现，有时被称为“声子激光器”，依赖于辐射压力和微或纳米结构介质中的移动边界效应。大块晶体的演示需要低温。在这项工作中，受激发射的高度相干的声波实现了在一个商业上可用的多芯光纤，在室温下。光纤连接在光电腔回路内。一个芯中的泵浦光经由电致伸缩驱动声波，而不同物理芯处的光学探测波通过受激声波经历光弹性调制。泵浦和探针之间的耦合完全基于芯间光机械交叉相位调制：不提供直接的光反馈。获得了数百MHz频率的单频机械振荡，边模抑制优于55 dB。观察到一个尖锐的阈值和阈值以上的线宽的快速崩溃。声振荡的线宽在100 Hz的量级上，比泵浦和探测光源的线宽窄几个数量级。频率的相对艾伦偏差在0.1-1 ppm之间。通过在不同的纤芯中传播泵浦波或探测波，可以在几个值之间切换频率。其结果可用于传感、计量和微波光子信息处理应用。
2018-11-15 physics.optics
Inelastic collision-induced atomic cooling and gain linewidth suppression in He-Ne lasers
该研究发现氦氖激光器中原子非弹性碰撞可冷却氖原子、压缩增益线宽，打破了输出功率与增益线宽的权衡，为气体激光相关基础研究与应用开辟新方向。
2023-12-15 physics.optics
Single-laser stimulated Brillouin scattering microscopy
State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学光学工程學院极端光子与仪器国家重点实验室）；ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center, Zhejiang University（浙江大学紫金港全球科创中心）；Laboratory of Infrared Material and Devices, Advanced Technology Research Institute, Ningbo University（宁波大学先进技术研究研究院红外材料与器件实验室）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
研究针对受激布里渊散射显微镜频域实现的局限，提出用射频定义的单激光电光调制方法，由同一光载波产生泵浦光和探测光，通过电光边带设置频率差，实现高精度布里渊成像，为其提供新的概念和技术基础。
2026-07-09 physics.optics
Stimulated Brillouin scattering in metamaterials
我们计算SBS增益的超材料包括一个立方晶格的介电球悬浮在背景介电材料。理论方法来计算的光学，声学，和光声参数，描述了在长波长的材料的SBS性能。利用电磁和应变能量密度，我们准确地描述了超材料的光学和声学特性。从结合能量密度方法和微扰理论，我们恢复适当的条款的光弹性张量的超材料。我们证明，电致伸缩不一定是在超材料中的SBS增益系数的增强和抑制的主导机制，而其他参数，如布里渊线宽，可以占主导地位。例子中，表现出一个数量级的增强SBS增益以及完美的抑制。
2016-06-10 physics.optics
Kilowatt-level Yb-Raman fiber amplifier with narrow-linewidth and near-diffraction-limited beam quality
以1120 nm的典型发射波长为例，首次实现了基于混合镱拉曼（Yb-Raman）增益的高效率、窄线宽千瓦级全光纤放大器。值得注意的是，两个时间稳定，相位调制的单频激光器工作在1064 nm和1120 nm，分别应用在光纤放大器中，以减轻光谱展宽的1120信号激光，并抑制受激布里渊散射（SBS）效应的同时。获得了1 kW以上的窄线宽1120 nm信号激光，斜率效率约为77%，光束质量M2约为1.21。通过在种子激光器和主放大器之间引入放大的自发发射（ASE）滤波系统，有效地抑制了放大器中的ASE噪声。进一步研究了两束种子激光功率比对转换效率的影响，结果表明，当1120 nm种子激光功率比在31%~ 61%范围内时，该放大器可以有效地工作。总体而言，该装置为获得工作在1100-1200 nm范围内的高功率窄线宽光纤激光器提供了很好的参考。
2019-10-27 physics.optics
Cooling of an Integrated Brillouin Laser below the Thermal Limit
光子集成谐振器作为一个平台，使超窄线宽激光器在一个紧凑的形状因子是有前途的。由于它们的小尺寸，这些集成谐振器受到热噪声的影响，这将光学模式的频率稳定性限制在~100 kHz。在这里，我们展示了一个集成的受激布里渊散射（SBS）激光器的基础上，实现了270 Hz的超窄热噪声限制线宽的大模体积环形谐振腔。在实践中，集成激光器需要更窄的线宽才能真正用于光学原子钟、量子计算、引力波探测和精密光谱学等应用。为此，我们采用了热折射噪声抑制技术，利用辅助激光器，以减少我们的SBS激光线宽为70赫兹。该演示展示了将最窄线宽芯片激光器的热运动稳定到100 Hz以下的可能性，从而为集成微谐振器在未来最苛刻的科学工作中的实用性打开了大门。
2021-12-01 physics.optics
Gain lifetime characterization through time-resolved stimulated emission in a whispering-gallery mode microresonator
精确测量特定波长下的增益寿命对于理解光子器件的特性和进一步提高其性能具有重要意义。在这里，我们表明，增益的演变可以很好地通过测量线宽变化的光学模式在微谐振器的特点，这种方法不能实现使用时间分辨光致发光（PL）光谱。我们用掺铒高Q值回音壁微谐振器来说明这种方法的可行性。随着抽运激光器关闭后时间的增加，探测信号的透射光谱呈现出从洛伦兹峰到谷的转变，这表明光学增益的衰减，并且相应的寿命估计为5.1 ms。此外，锥形光纤耦合用于增加抽运和收集效率。这种方法可以扩展到其他材料和纳米结构。
2018-10-09 physics.optics
Study on the power scaling and mode instability property in an all-fiber narrow-linewidth tapered fiber amplifier
研制了一种基于拉锥型掺镱光纤的高功率窄线宽光纤放大器。在实验中，锥形光纤的窄端被用作泵浦源和信号光的输入端口，形成了一个鲁棒的全光纤结构。受激布里渊散射（SBS）由于其模式面积逐渐增加，以及连续变化的布里渊频移依赖于核心直径有效地抑制。实验结果表明，在无受激布里渊散射（SBS）和模式不稳定性（MI）的情况下，获得了260 W的输出功率，斜率效率为71.3%，窄线宽为~2GHz。当输出功率达到260 W时，观察到的是MI而不是SBS。实验研究了MI的特性。指出了尽管在减小其它非线性效应方面具有优势，但在高功率窄线宽输出方面，介质阻挡效应似乎是限制锥形光纤放大器性能的主要和持续因素。据我们所知，这是第一个详细的实验研究MI在锥形光纤。最后，在此基础上，对锥形光纤和整个系统的SBS和MI抑制的优化进行了一些有价值的讨论。
2016-12-28 physics.optics
Phase conjugated master oscillator fiber power amplifier
Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学杭州高等研究院）；Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）
本研究提出利用光学相位共轭技术实现光纤激光器的窄线宽输出和SBS抑制，通过非线性谱展宽和相位共轭实现高功率、高亮度光纤激光系统。
2026-01-26 physics.optics
Dual-microcavity narrow-linewidth Brillouin laser
超低噪声可调谐激光器是精密光谱学、标准量子极限位移测量和先进光学原子钟开发中的革命性工具。其他应用包括激光雷达、相干通信、频率合成以及应变、运动和温度的精密传感器。虽然所有应用都受益于较低的频率噪声，但许多应用还需要坚固紧凑的激光器。在这里，我们介绍了一个双微腔激光器，利用一个芯片集成的二氧化硅微谐振器产生可调谐的1550 nm激光通过受激布里渊散射（SBS）和第二微谐振器的SBS光的频率稳定。这种配置将分数频率噪声降低到10 Hz偏移处的$7.8\times10^{-14} 1/\sqrt{Hz}$，这是基于微谐振器的激光器的噪声性能的新状态。我们的系统还具有太赫兹可调谐性和芯片级集成的潜力。我们证明了我们的双微腔激光器的效用，通过执行赫兹级分辨率的光谱学。
2014-10-10 physics.optics
A microrod-resonator Brillouin laser with 240 Hz absolute linewidth
我们展示了一个超低噪声的微棒谐振腔激光器上的受激布里渊散射光学非线性提供的增益振荡。已知微谐振器布里渊激光器提供出色的频率噪声基底，其受到基本热波动的限制。在这里，我们展示了实验证据，热效应也主导了接近载波的频率波动。实验中使用的直径为6 mm的微棒谐振腔具有约100 μm的大光模面积$^2$，因此其10 ms的热时间常数可以滤除近载频光频噪声。结果是240 Hz的绝对激光线宽，对应的白频率噪声基底为0.1 Hz $^2$ /Hz。我们解释了这种激光器的稳态性能的测量其操作状态和模式失谐和线形。我们的研究结果突出了一个机制，噪声是常见的许多微谐振器设备，由于腔内功率和模式频率之间的固有耦合。我们证明了通过稳定腔内功率的反馈回路来降低这种噪声的能力。
2015-09-29 physics.optics
Noise and dynamics of stimulated Brillouin scattering microresonator lasers
本文采用理论分析和数值模拟的方法研究了微谐振腔中受激布里渊散射（SBS）提供的增益对激光振荡的影响。微谐振器内的前向波、后向波和密度波的相互作用导致了一组耦合模方程，该方程描述了激光器的相位和振幅随时间的演化。使用这种耦合模式的形式主义，我们调查噪声扰动下的SBS激光器的性能，并确定的基本参数和它们的优化，使低噪声SBS操作。固有的激光线宽，这主要是由密度波的非相干热占领的限制，可以是赫兹或以下的顺序。我们的分析还确定了SBS激光器的弛豫振荡，这是由于光和密度波之间的耦合，并出现在相位和振幅求积的共振。我们进一步探讨了泵浦噪声对SBS激光器性能的贡献，发现在大多数情况下，泵浦噪声会使SBS激光器的噪声超过其基本极限。通过将泵浦激光器紧密地稳定在微腔谐振上，泵浦噪声的传递被显著地减小。我们的分析是支持和扩展通过SBS激光器的数值模拟。
2014-10-31 physics.optics
Comb-rooted multi-channel synthesis of ultra-narrow optical frequencies of few Hz linewidth
我们报道了一种多通道光频率合成器，它可以直接从掺铒光纤振荡器的光梳中产生非常稳定的连续波激光。被稳定到一个高精细度腔的分数频率稳定度为$3.8\times10^{-15}$在0.1秒，梳状生根合成器产生多个光频率的超窄线宽为1.0 Hz在1秒的同时，输出功率为几十mW的每个通道。通过注入锁定的基于二极管的受激发射是一种关键机制，它允许梳状频率模式以足够的功率放大而萌芽，但不会损失原始梳状频率稳定性。通道频率可单独选择，在1550 nm中心波长周围跨越4.25 THz的整个梳状带宽上以0.1 GHz增量增加。一系列的环外测试结果进行了讨论，以证明该合成器是能够提供稳定的光频率与推进各种超精密应用，如光学时钟比较，原子线光谱，光子微波产生，相干光通信的潜力。
2019-03-26 physics.optics
Sub-Hz Linewidth Photonic-Integrated Brillouin Laser
传统上被归类为桌面实验的光子系统和技术正准备通过集成从实验室跨越到现实世界的应用。受激布里渊散射（SBS）激光器由于其独特的线宽窄化特性，是实现高相干波导集成光源的理想选择。特别是，级联阶布里渊激光器显示出多线发射、低噪声微波产生和其他光梳应用的前景。这些激光器的光子集成可以显著提高其对环境和机械干扰的稳定性，简化其封装并降低成本。虽然已经展示了单阶硅和级联阶硫属化物波导SBS激光器，但这些激光器产生10-100 kHz的适度发射线宽。我们报道了亚Hz（~0.7 Hz）基本线宽光子集成布里渊级联激光器的首次演示，代表了集成波导SBS激光器的最新技术的重大进展。该激光器由使用超低损耗Si 3 N4波导平台制造的总线环谐振器组成。为了实现亚Hz线宽，我们利用高Q、大模体积、单偏振模谐振器，其产生光子生成的声波而没有声子引导。这种方法极大地放宽了偏振模式、光学模式和声学模式之间的相位匹配条件。利用级联阶布里渊激光动力学理论，通过测量第一阶和第三阶斯托克斯光的拍频线宽和相对功率，确定了第一阶斯托克斯光的基本发射线宽。由于从405 nm到2350 nm的低光学损耗，可见光和近红外波段的扩展是可能的，为可见光应用的光子集成亚赫兹激光器铺平了道路。
2018-02-27 physics.optics
Yellow stimulated emission from Dy$^{3+}$-doped silica glass microspheres
本研究通过光纤熔接制备Dy³⁺掺杂二氧化硅玻璃回音壁模式微球，表征其形貌与离子分布，经倏逝场泵浦观测到黄色受激发射，为可见光窄线宽光源提供新途径。
2025-01-17 physics.optics
Stability analysis for bad cavity lasers using inhomogeneously broadened spin-1/2 atoms as gain medium
坏腔激光器由于其对激光腔波动的增强的鲁棒性而在有源光学频率标准的背景下经历新的兴趣。增益介质将由窄线宽原子组成，它们要么被困在腔内，要么动态地与腔模相交。原子有限速度分布、原子间相互作用、实际多能级原子与辅助场或杂散场的相互作用等一系列效应都会导致原子增益分布的非均匀展宽。这导致激光器操作的不稳定制度的出现，其特征在于场振幅的复杂的时间模式。研究了具有自旋为1/2的原子（如Yb-171）与外磁场相互作用的坏腔激光器的稳态解及其稳定性。对于稳定性分析，我们提出了一种新的和有效的方法，它可以应用于广泛的一类单模坏腔激光器的非均匀加宽的多级原子作为增益介质。
2016-11-03 physics.optics quant-ph
Stimulated Brillouin scattering in a non-suspended ultra-low-loss thick-SOI platform
本文首次在非悬浮超低损耗3 μm厚SOI波导中观测到SBS，利用与光学模式共存的泄漏声学模式增强光声重叠，并测得两种波导在37.6 GHz下的布里渊增益。
2024-10-24 physics.optics
Influence of signal bandwidth on mode instability threshold of fiber amplifiers
我们展示了信号线宽如何影响受激热瑞利散射（STRS）的增益，这是光纤放大器中模式不稳定性的原因。如果信号的相干时间小于模式LP $_{01}$和LP $_{11}$之间的群速度引起的走离，则增益减小。我们推导出短脉冲，线性啁啾，和一般周期性的情况下的方程。
2014-05-23 physics.optics
Broadband SBS Slow Light in an Optical Fiber
研究了在光谱展宽激光泵浦下，室温光纤中受激布里渊散射产生的慢光。加宽泵浦场的光谱增加了斯托克斯放大谐振的线宽$Δω_p$，从而增加了慢光带宽。当线宽变得比布里渊频移$Ω_B$大几倍时，出现一个物理带宽限制，使得反斯托克斯吸收谐振基本上抵消了斯托克斯放大谐振，从而抵消了慢光效应。我们发现，部分重叠的斯托克斯和反斯托克斯共振，实际上可以导致慢光延迟带宽产品的增强时，$Δω_p \simeq 1.3 Ω_B$。使用这种一般的方法，我们增加了布里渊慢光带宽超过12 GHz的标称线宽$\sim$ 30 MHz的单色泵浦。我们可控延迟75 ps长的脉冲高达47 ps，并研究了宽带SBS慢光系统的数据模式依赖性。
2006-07-18 physics.optics
On-Chip Stimulated Brillouin Scattering via Surface Acoustic Waves
针对SAW器件带宽与灵活性受限及全光相干激发检测SAW方法缺失问题，本文在光子芯片上实现SAW-SBS，制备GeAsSe玻璃波导获225 W⁻¹m⁻¹增益系数与40 MHz线宽，拓展了片上应用及材料适用范围。
2023-10-03 physics.optics
Dual-wavelength active optical clock
首次在实验上实现了双波长有源光钟。当Cs腔温度保持在118 $^{\circ }C$ ~ 144 $^{\circ }C$之间时，Cs四能级有源光钟的1359 nm和1470 nm受激发射输出均被探测到。在主腔长不稳定的情况下，测量了Cs四能级有源光钟各实验装置的1470 nm输出线宽为590 Hz。为了稳定有源光钟的腔长，提出了633 nm和1359 nm好-坏腔双波长有源光钟的实验方案，其中633 nm和1359 nm受激发射分别工作在好腔和坏腔区。腔长的稳定通过锁定633 nm的输出频率的超腔与庞德-德雷弗-霍尔（PDH）技术。1359 nm坏腔受激发射输出的频率稳定度由于有源光钟的腔牵引效应得到抑制，预计比633 nm PDH系统进一步提高至少1个数量级，1359 nm输出的量子极限线宽估计为77.6 mHz。
2014-07-06 physics.atom-ph physics.optics
On-chip electro-optically tunable narrow linewidth Brillouin microlasers implemented in thin film lithium niobate
本研究在薄膜锂铌酸盐在绝缘体微盘中实现了电光可调窄线宽布里渊微激光器，通过交叉极化SBS排列实现了高效光声学耦合和低阈值功率输出。
2025-11-26 physics.optics
Generation of incoherent light from a laser diode based on the injection of an emission from a superluminescent diode
本研究通过向激光二极管注入超辐射二极管的非相干光，实现了高功率宽谱非相干光输出，探明了模式转变过程中的光学特性，该系统兼具非相干光放大与相干度可调光源功能。
2013-10-08 physics.optics
Stimulated Forward Brillouin Scattering in Subwavelength Silicon Membranes
National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本研究针对硅纳米光子波导中光机模式强交叠与紧限制的难题，提出结合两种周期晶格的双晶格策略，实现了超高布里渊增益，为片上光机相互作用调控提供了新途径。
2025-07-23 physics.optics
Compact and versatile laser system for polarization-sensitive stimulated Raman spectroscopy
我们展示了一个紧凑和多功能的激光系统的受激拉曼光谱（SRS）。该系统是基于一个可调谐连续波（CW）探测激光器结合自制的半单片纳秒脉冲泵浦Nd：YVO 4激光器在1064 nm。探测激光器的CW操作提供窄线宽、低噪声和不需要与泵浦时间同步的优点。该激光系统通过同时检测正交偏振的拉曼散射光，实现了偏振敏感受激拉曼光谱（PS-SRS），具有快速高分辨率的退偏振比测量，从而提供了关于拉曼活性振动模式对称性的信息。在2825-3025 cm-1的光谱范围内，测量了两种不同聚合物样品中碳氢（CH）伸缩模的退偏振比。拉曼光谱以20 nm/s（84 cm-1/s）的扫描速率获得，分辨率为0.65 cm-1。介绍了一种归一化方法，用于同时获得的正交偏振拉曼光谱的直接比较。
2017-03-02 physics.chem-ph physics.optics
A corner-cube-feedback Faraday laser with 8 kHz linewidth
提出一种以角锥棱镜为外腔反馈元件的852 nm Cs原子法拉第激光器，实现8 kHz窄线宽、高机械稳健性及宽电流温度范围内的频率稳定。
2024-07-06 physics.optics quant-ph
Optical vortex Brillouin laser
在过去的几十年里，光学涡旋已经得到了广泛的研究，它提供了一个额外的自由度，在许多应用中非常有用，例如光镊和量子控制。受激布里渊散射具有窄线宽和强非线性响应，已被用于实现准连续波（CW）激光。本文报道了基于手性光子晶体光纤的布里渊激光器中光涡旋和声模的稳定振荡。手性光子晶体光纤支持螺旋布洛赫模（HBM），螺旋布洛赫模携带圆偏振光涡旋并显示圆双折射。我们实现了一个窄线宽布里渊光纤激光器，稳定地发射第一和第二阶涡旋携带HBM。角动量守恒选择规则规定泵浦和后向布里渊信号具有相反的拓扑电荷和自旋。此外，我们表明，当手性PCF被放置在一个激光环形腔中，与激射相关的线宽变窄允许的布里渊增益的峰值，对应于声学模式进行测量，分辨率为10 kHz和精度为520 kHz。这一结果为新一代涡旋载SBS系统在量子信息处理中的应用铺平了道路，涡旋载非互易系统。
2022-04-25 physics.optics
Ultra-Narrow Linewidth Brillouin Lasers with Nanokelvin Thermometry
超稳激光器是当今一些最先进的科学实验的支柱，能够以尽可能高的精度执行原子光谱和激光干涉测量。随着最近对在实验室之外应用这些系统的兴趣越来越大，如何实现可以达到所需的极窄线宽水平的激光源，但仍然保持足够紧凑和便携以供现场使用，这仍然是一个悬而未决的问题。开发这种理想激光源的关键是激光器必须对短期和长期温度波动不敏感，这最终会加宽激光器线宽并导致激光器中心频率漂移。我们在这里表明，使用一个大的模式体积的光学谐振器，它的作用是抑制谐振器的快速热波动，连同受激布里渊散射（SBS）的光学非线性提出了一个强大的组合，使激光的能力与20 Hz的超窄线宽。为了解决激光器的长期温度漂移问题，我们采用窄布里渊散射线作为测量工具，精确地检测谐振腔温度在85 nK水平的微小变化。这种温度测量所提供的精度为谐振器的稳定性提供了新的可能性，以对抗环境扰动。
2018-10-06 physics.ins-det physics.optics
Single-Exciton Gain and Stimulated Emission across the Infrared Telecom Band from Robust Heavily-doped PbS Colloidal Quantum Dots
在红外线中具有光学增益的材料对于光通信、医疗诊断和硅光子学是至关重要的。目前的技术是基于昂贵的III-V半导体，不是单片到硅CMOS技术或掺铒光纤技术，不利用全光纤透明窗口。胶体量子点（CQD）由于其可调带隙、溶液可加工性和CMOS兼容性而提供了作为光学增益介质的独特机会。基于Pb硫族化合物的红外CQD的8倍简并性阻碍了室温下低阈值光学增益和激光的演示。我们展示了室温，红外，尺寸可调，带边受激发射的线宽为14毫电子伏。利用PbS CQD薄膜中强大的电子掺杂和电荷-激子相互作用，我们在单激子制度下达到增益阈值，表示从八倍简并系统的理论极限减少四倍，净模态增益超过100 cm-1。
2021-09-21 physics.app-ph physics.optics
Low-threshold stimulated emission using colloidal quantum wells
半导体纳米晶体可以使用廉价的、可扩展的、基于溶液的技术来合成，并且它们作为可调谐光发射器的实用性已经在各种应用中得到证明，包括生物标记和发光器件。相比之下，胶体纳米晶体用于光放大和激光发射受到所需的高输入功率密度的限制。在这项工作中，我们表明，胶体纳米片（NPL）产生放大的自发发射（ASE）与泵注量阈值低6 μ J/cm 2和增益高达600 cm-1，都比胶体纳米晶体的最佳报道值的4倍改善;此外，增益饱和发生在泵注量两个数量级高于ASE阈值。我们将这种特殊的性能归因于大的光学截面，缓慢的俄歇复合速率，以及NPL系综的窄发射线宽。NPL将量子阱作为光学增益介质的优势带到了胶体系统中，为生产高效的溶液处理激光器提供了可能性。
2013-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Stimulated Raman phase shift spectroscopy: a pathway to hyperfine fingerprint spectra
本研究提出受激拉曼相移（SRPS）光谱技术，通过测量SRS引发的斯托克斯光场相移获取超窄δ函数型谱线，实验证实其谱峰更多、线宽窄4个数量级、信噪比提升14.3 dB，为材料超精细指纹表征提供新途径。
2024-03-06 physics.optics
Highly localized Brillouin scattering response in a photonic integrated circuit
通过受激布里渊散射（SBS）的光波和声波的相互作用最近已经到达片上平台，这开辟了从集成微波光子学和片上窄线宽激光器到基于声子的光学延迟和信号处理方案的新的应用领域。由于SBS是一种随相互作用长度呈指数级变化的效应，因此短长度尺度上的片上实现具有挑战性，需要精心设计具有优化的光声重叠的波导。利用布里渊光相关域分析（BOCDA）原理，实现了800 μm高空间分辨率的SBS光谱的局域测量，并在光子集成电路（PIC）中实现了沿螺旋波导的布里渊光谱的分布式测量。这种方法提供了访问本地光声性能的波导，包括布里渊频移（BFS）和线宽，为进一步开发高品质的光子声子波导SBS应用的基本信息。
2017-07-31 physics.optics
Purcell Effect in the Stimulated and Spontaneous Emission Rates of Nanoscale Semiconductor Lasers
纳米尺度半导体激光器最近已经开发出使用金属、金属-电介质或光子晶体纳米腔。虽然纳米激光器技术正在稳步部署，但由于对其一些关键特性的了解有限，其用于片上光学互连的预期性能在很大程度上仍然未知。具体地，随着腔尺寸相对于发射波长减小，受激发射和自发发射速率被修改，这在腔量子电动力学的上下文中被称为Purcell效应。这种效应预计将在纳米激光器的“无阈值”行为及其调制速度中产生重大影响，但其作用在实际激光器结构中知之甚少，其特征在于显著的均匀和不均匀加宽以及活性材料和腔场的复杂空间分布。在这项工作中，我们调查的受激和自发发射率的半导体激光器的Purcell效应的作用，考虑到载流子的空间分布在很宽的范围内的腔尺寸和发射极/腔线宽的有源区的体积，使微观或纳米尺度的激光器使用单模速率方程分析的静态和动态特性的详细建模。缩小这些纳米级光源的Purcell增强和调制速度方面的最终限制也进行了讨论，显示在纳米激光器中预测的超快调制特性是通过减少模体积的受激发射率的增强的直接后果。
2018-01-26 physics.optics quant-ph
Multi-photon stimulated grasers assisted by laser-plasma interactions
本研究从理论上提出激光-等离子体相互作用辅助的多光子受激γ射线放大方案，规避γ射线激光器困境，验证多光子过程截面优势与带宽调控作用，可依托ELI-NP等多PW激光装置推进研发。
2024-04-15 nucl-th physics.optics physics.plasm-ph
Versatile CMOS modulation-free self-isolating stabilized precision lasers on a chip
University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Honeywell Aerospace（霍尼韦尔航空航天）
该研究提出了一种芯片上无需调制的自隔离稳定激光器，实现了高精度和多功能的集成，为便携式量子和传感应用提供了新路径。
2026-02-26 physics.optics
Multiple scattering-assisted fluorescence amplification: towards biological applications
本研究通过在荧光素水溶液中添加纳米颗粒，在近生物相容性条件下实现荧光受激放大，验证了增益、线宽等性能，探讨了其生物应用潜力。
2023-10-03 physics.bio-ph physics.optics
Broadband lasers for photo-ionization and repumping of trapped ions
介绍了一种用于囚禁离子实验的稳频宽带激光器。由于该设计是基于广泛使用的半导体光放大器技术，类似的激光器可以实现几乎任何波长的近红外线，相干特性和输出功率允许有效的二次谐波产生。不需要闭环频率稳定来解决多普勒或自然加宽、偶极允许的跃迁，并且光源可以在亚微秒响应时间的测量周期期间打开和关闭。作为实例研究，实现了输出功率为20mW、线宽为10GHz的921.7nm激光器，并将其倍频到460.9nm，用于锶的激发，作为光电离的第一步。的激发效率相比，可实现与窄线宽分布布拉格反射器激光器以及理论。
2019-01-24 physics.atom-ph physics.optics
Photonic flywheel in a monolithic fiber resonator
我们展示了第一个紧凑的光子飞轮与sub-fs的时间抖动（平均时间高达10 μs）的量子噪声限制的单片光纤谐振器。这种量子限制的性能是通过新的两步泵浦方案耗散克尔孤子（DKS）的产生。受激布里渊激光和克尔非线性之间的可控相互作用增强了DKS相干性并减轻了热不稳定性的挑战，在自由运行时在945 MHz载波处实现了显著的22 Hz本征梳状线宽和前所未有的-180 dBc/Hz的相位噪声。该方案可以推广到各种现场可部署的精密计量设备平台。
2020-08-14 physics.optics
Guided-Acoustic Stimulated Brillouin Scattering in Silicon Nitride Photonic Circuits
被称为受激布里渊散射（SBS）的声波和光波之间的相干光机械相互作用可以实现对于下一代无线通信、精密感测和量子信息处理重要的超高分辨率信号处理和窄线宽激光器。虽然SBS最近在集成波导中得到了广泛的研究，但许多实现依赖于复杂的制造方案，使用悬置波导或非标准材料，例如As $_2$ S $_3$。SBS在标准和成熟的制造平台中的缺乏阻碍了大规模电路集成，并严重限制了该技术的潜力。值得注意的是，由于缺乏声学引导和材料的极小光弹性响应，标准氮化硅集成平台中的SBS目前遥不可及。在本文中，我们实验证明先进的控制后向SBS多层氮化硅波导。通过优化两个氮化硅层之间的分离，我们首次在这个平台上解锁了千兆赫声波波导，导致SBS增益系数比以前的氮化硅波导高出15 $\times$。使用相同的原理，我们通过实验证明了通过防止波导平台中的声引导来按需抑制SBS。我们利用增强的SBS增益演示了具有高抑制（30 dB）的微波光子陷波滤波器。我们在一个低损耗、标准和多功能的氮化硅集成平台上实现了这一点，而不需要悬挂SBS有源波导或与其他材料的混合集成。
2022-02-15 physics.app-ph physics.optics
Wavefront shaping enables high-power multimode fiber amplifier with output control
本文提出利用空间波前整形技术控制高功率多模光纤放大器的输出光束，通过大纤芯降低光强和多模激发展宽布里渊散射谱来抑制受激布里渊散射，实现高效率、窄线宽、高相干性的衍射极限聚焦输出。
2025-04-08 physics.optics
Spectrally stable nitrogen-vacancy centers in diamond formed by carbon implantation into thin microstructures
金刚石中的氮空位中心（NV）具有特殊的自旋相干性和光学自旋初始化和读出的便利性，越来越多地用作量子传感器和量子网络的构建块。在这些应用中采用光子结构以使光子收集效率最大化通常导致发射器的光学线宽变宽，这通常通过氮离子注入产生。研究表明，只有天然氮原子有助于光学相干的NV，一个自然的结论是完全避免注入，或取代氮注入的空位产生的替代方法。在这里，我们表明，注入碳离子产生一个相当的密度的NV注入氮离子，它导致在NV人口与窄的光学线宽和低电荷噪声水平，即使在薄的金刚石微结构。对于薄于5 $μ$ m的结构，我们测量了150 MHz的中值NV线宽，没有增加线宽到最薄测量结构1.9 $μ$ m的趋势。我们提出了一种改进的NV创建程序，其中的注入后，而不是之前的金刚石制造过程中进行，并确认我们的结果在多个样品注入不同的离子能量和注量。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Surface acoustic waves Brillouin photonics on a silicon nitride chip
本文通过在氮化硅平台上沉积氧化碲层引入表面声波驱动的强受激布里渊散射，实现增益提升超两个数量级，并演示了5 dB净增益放大器、7 Hz线宽布里渊激光器和2.2 MHz线宽可调微波光子滤波器。
2024-10-21 physics.app-ph physics.optics
All-fiber laser source at 1645 nm for lidar measurement of methane concentration and wind velocity
我们报告实现的全光纤激光源，提供单频脉冲在1645 nm，线偏振单模光束，基于受激拉曼散射在无源光纤。脉冲能量达到14 $μ$ J，重复频率为20 kHz，谱线宽度为9.5 MHz，对于100 ns的方波脉冲几乎是傅立叶变换极限。据我们所知，在全光纤激光源中，该能量在1645 nm处是最高的。我们的方法包括在减少受激布里渊散射（SBS）增益的泵浦和信号脉冲，分别通过扫描泵浦光束的光频率，并通过施加应变梯度的放大光纤。这种紧凑的激光源现在用于可移动的激光雷达系统，以同时测量风速和甲烷（CH4）浓度。
2020-11-12 physics.ao-ph physics.optics
Optical measurements of spin noise as a high resolution spectroscopic tool
半导体和原子蒸汽中电子自旋的内在波动会产生一个小的、随机变化的“自旋噪声”，可以通过法拉第旋转等敏感的光学方法检测到。最近的研究表明，这种自旋噪声的频率，线宽和线型直接揭示了动态自旋特性，如退相时间，弛豫机制和g因子，而不会干扰自旋远离平衡。在这里，我们证明了使用波长可调探测光的自旋噪声测量形成了一个强大的和新颖的光谱工具的基础上，提供独特的信息，是根本无法通过传统的线性光学。特别是，检测到的自旋噪声功率的波长依赖性可以揭示均匀的线宽内inconjugously加宽的光谱，并可以解决重叠的光学跃迁属于不同的自旋系统。这些新的可能性，探索理论和实验上的自旋系统在相反的限制非均匀加宽（碱金属原子蒸气和半导体量子点）。
2012-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Resolving and resetting the charge environment of single T-centers in silicon p-i-n waveguides
Harvard University（哈佛大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；IonQ
本研究针对硅T中心电荷环境波动导致线宽展宽的问题，通过带隙以上光照重置电荷环境，将集成T中心线宽窄化至128(22) MHz，为量子互连优化提供了基础。
2026-08-18 physics.optics quant-ph
Optical steering of a large ring laser
Physikalisches Institut, Universität Bonn（波恩大学物理研究所）；Research Unit Satellite Geodesy, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学卫星大地测量研究部）；School of Physical Sciences, University of Canterbury（坎特伯雷大学物理科学学院）
本文提出了一种通过外部激光注入锁定来稳定大环激光器特定模式的方法，以解决环激光陀螺仪等应用中模式不稳定的问题。
2026-03-12 physics.optics
Stimulated Brillouin scattering in tellurite-covered silicon nitride waveguides
本文提出覆盖 TeO$_2$ 的低损耗 Si$_3$N$_4$ 波导 SBS 平台，实现 8.5 m$^{-1}$W$^{-1}$ 增益及高性能射频光子滤波，并指出增益可进一步提升至 155 m$^{-1}$W$^{-1}$。
2023-07-24 physics.app-ph physics.optics
Guided-wave Brillouin scattering in air
在这里，我们确定了一种新形式的光机械耦合充气空芯光纤。在空气中的光子带隙光纤的纤芯中观察到受激前向布里渊散射。在35 MHz处观察到一个单一的共振，其对应于在空气填充的芯中的第一激发轴向-径向声学模式。线宽和耦合强度分别由空气中的声损耗和电致伸缩耦合决定。一个简单的分析模型，完善的数值模拟，准确地预测布里渊耦合强度和频率的气体和光纤参数。由于这种形式的布里渊耦合强烈依赖于光纤内气体的声学和色散光学特性，因此这种新型的光机械相互作用是高度可定制的。这些结果允许在稀释气体中的前向布里渊光谱，可能是有用的传感，并将呈现出某些应用的功率和噪声限制。
2016-07-15 physics.optics
