Ultra-thin silicon-on-insulator waveguide bend based on truncated Eaton lens implemented by varying the guiding layer thickness
具有不同几何形状的绝缘体上硅（SOI）波导已被用于设计各种集成光学部件。减小SOI波导的弯曲半径，降低弯曲损耗，对于减小光波电路的占地面积至关重要。与传统的SOI波导相比，超薄SOI波导的传输模式在芯层中的限制更少，并且可以穿透衬底和包层，从而导致更高的弯曲损耗。虽然已经利用各种弯曲机制来减少传统SOI波导的弯曲损耗，但是超薄SOI波导弯曲尚未被详细研究。在本文中，我们提出了一个60 nm厚的SOI波导弯曲的基础上，通过改变引导层的厚度实现截断伊顿透镜。三维全波模拟表明，所设计的波导弯曲，半径为3.9 $μm$，减少弯曲损耗从3.3到0.42分贝在1550 nm的波长。此外，1260-1675 nm波长范围的弯曲损耗低于0.67 dB，而C波段的弯曲损耗低于0.45 dB。
2020-01-19 physics.app-ph physics.optics
Free-space graphene/silicon photodetectors operating at 2 micron
本文介绍了肖特基石墨烯/硅光电探测器的设计，制造和表征，工作在2微米和室温。石墨烯/硅结经过了仔细的研究：表征的器件显示出随着温度升高的非理想行为，界面陷阱密度测量为1.1 × 10^14 eV^-1 cm ^-2。光电探测器的特点是内部（外部）的响应度为10.3 mA/W（0.16 mA/W），与理论非常吻合。我们的设备为开发2微米的石墨烯-Si自由空间照明PD铺平了道路，用于自由空间光通信，光学相干断层扫描和光雷达。
2017-11-15 physics.app-ph physics.optics
Demonstration of a mid infrared silicon Raman amplifier
我们首次展示了一个中红外硅拉曼放大器。对于3.39微米波长的信号，报告了12 dB的放大。活性介质是2.5cm长的硅样品，其在2.88微米下用5ns脉冲泵浦。没有严重限制硅拉曼器件在近红外中的性能的非线性损耗，结合无与伦比的晶体质量、高热导率，使硅成为非常有吸引力的拉曼介质。这种技术可以潜在地将硅光子学应用扩展到近红外数据通信之外，并进入遥感，生化检测和激光医学的中红外世界。
2007-08-11 physics.optics
Fabrication-Robust Silicon Photonic Devices in Standard Sub-Micron Silicon-on-Insulator Processes
波导几何结构中的纳米级制造变化对有效折射率的扰动困扰着高折射率对比度光子平台，包括无处不在的亚微米绝缘体上硅（SOI）工艺。这样的变化对于相位敏感器件（诸如干涉仪和谐振器）是特别麻烦的，这些相位敏感器件由于这些制造引起的相位误差而表现出性能的急剧变化。在这封信中，我们提出并实验证明了一种设计方法，大大降低器件对硅宽度变化的敏感性。我们将这种方法应用于一个高度相位敏感的设备，环辅助马赫曾德尔干涉仪（RAMZI），并显示出相当的性能和足迹，以国家的最先进的设备，同时大大减少随机相位误差从蚀刻变化。这种灵敏度的降低通过显著降低所需的校正热调谐功率而直接实现为节能，从而为超节能的大规模硅光子电路提供了一条有前途的道路。
2022-05-23 physics.app-ph physics.optics
Low-Loss and Low-Power Silicon Ring Based WDM 32$\times$100 GHz Filter Enabled by a Novel Bend Design
本文提出 TOPIC 弯曲设计，通过连续曲率与曲率导数优化波导损耗，实现最小半径硅环、最低热调谐功耗及首个硅环 WDM 32×100 GHz 滤波器，通道数翻倍并显著降低插入损耗和功耗。
2024-11-22 physics.app-ph physics.optics
Meta-surface-enabled ultra-sharp multimode waveguide bends on silicon
模分复用（MDM）是一种通过在多模总线波导中使用多个模式信道来增加光互连的单波长链路容量的方法，在MDM系统中，为了路由数据，通常需要波导弯曲，特别是为了减少高密度光子集成电路（PIC）占用的芯片面积，需要使用超尖锐弯曲。本文提出并实现了一种新型的硅基超表面波导结构，该结构可以实现多模波导的低损耗和低串扰的超尖锐S型弯曲，并在三个模式通道的MDM光互连中实现了弯曲半径R=10μm的超尖锐S型弯曲。数值模拟结果表明，在宽的波长范围内（> 100 nm），超锐金属表面多模波导弯曲（MMWB）具有较低的附加损耗（0.2~0.5dB）和较低的模间串扰（<-30dB）。实验结果表明，所制备的S弯具有0.5~0.8dB的附加损耗和60 nm的模间串扰<-20 dB over a wavelength of >。实验结果部分受到测量设置的限制，特别是具有约-20dB的模间串扰的片上模（解）复用器。该多模波导可以扩展到三个以上的模式通道传输，为利用硅光子波导结构实现片上多模光互连奠定了基础。
2018-10-14 physics.app-ph physics.optics
Suspended silicon waveguides for long-wave infrared wavelengths
在本文中，我们报告悬浮硅波导工作在7.67毫米的波长与3.1的传播损耗？0.3 dB/cm。据我们所知，这是第一次在如此长的波长上展示低损耗硅波导，其损耗与使用更奇特材料的其他平台相当。悬浮的Si波导芯由亚波长光栅支撑，该亚波长光栅提供横向光学限制，同时还允许进入掩埋氧化物层，使得可以使用氢氟酸对其进行湿法蚀刻。我们还演示了低损耗波导弯曲和S-弯曲。
2017-12-19 physics.optics
Transmission of Slow Light through Photonic Crystal Waveguide Bends
在平板型绝缘体上硅系统中研究了光子晶体（PhC）波导中60度弯曲的弯曲损耗与光谱的关系。在对应于几乎无色散传输状态的波长处测量到（0.05+/-0.03）dB/弯曲的超低弯曲损耗。相比之下，发现对于对应于慢光制度的波长范围，PhC弯曲变得完全不透明。提出了一种通用策略，并进行了实验验证，以优化弯曲设计，改善慢光传输。
2005-10-14 physics.optics
Silicon Nanophotonic Waveguides for the Mid-Infrared
最近已经表明，硅纳米光子波导可以用于在单个芯片上构造光子数据传输系统的所有组件。这些组件可以与CMOS电子器件集成在一起，以创建复杂的电子-光子集成电路。硅纳米尺度导向的高场限制也使令人兴奋的新应用成为可能，从芯片级非线性光学到生物传感器和光力激活设备。迄今为止，硅波导的大多数实验都是在近红外波长范围内进行的，范围从1.1-2微米。在这里，我们表明，单模硅纳米波导可用于中红外波长，特别是在4.5微米，或2222.2 1/cm。这个想法已经出现在理论文献中，但实验实现一直难以捉摸。这一结果代表了第一个实用的硅中红外集成波导系统，并实现了一系列新的应用。
2009-11-04 physics.optics
High-performance, adiabatically nanotapered fibre-chip couplers in silicon at 2 microns wavelength
针对硅纳米线波导与光纤模式不匹配导致耦合效率低的问题，提出一种低损耗、宽带且平面的绝热纳米锥形光纤-芯片耦合方法，在2微米波长下实现高传输和宽带宽，并验证了优异的横向错位容忍度。
2022-09-19 physics.app-ph physics.optics
Design Considerations of Biaxially Tensile-Strained Germanium-on-Silicon Lasers
在边发射激光二极管二维模拟工具LASTIP（TM）中实现了Ge能带结构和材料损耗的物理模型。模型计算结果与实验数据吻合较好。对法布里-珀罗锗激光器的重要设计参数，如腔长、腔厚、腔宽、多晶硅包层厚度等进行了研究和优化。仅激光器结构优化就显示出将Ith降低了22倍，并将差分效率提高了11倍。模拟还表明，提高缺陷限制载流子寿命是实现高效和低阈值Ge激光器的关键。通过优化的结构设计，（腔长为300微米，腔宽为0.4微米，腔厚为0.3微米，多晶Si包覆层厚度为0.6微米）和100 ns的缺陷限制载流子寿命，预测在1 mW输出下14.6%的壁插效率，其中Jth为2.8 kA/cm 2，Ith为3.3 mA，I_1mA为9 mA，差分效率为23.6%。这些都是巨大的改善，从现有的实验值在280 kA/cm 2，756 mA，837 mA和1.9%，分别。
2015-12-14 physics.optics
Efficient and compact thermo-optic phase shifter in silicon-rich silicon nitride
设计、制造和表征了高折射率（λ = 1550 nm时n = 3.1）PECVD富硅氮化硅（SRN）中的低损耗超紧凑弯曲，并用于实现高效、小基底面热光移相器。紧凑的弯曲被构造成折叠波导几何形状，以在65 x 65 \mum 2的面积内形成矩形螺旋，具有1.2 mm的总有源波导长度。该器件具有8 mW/π的相移效率和15 KHz的3 dB开关带宽。我们提出SRN作为一个有前途的热光平台，结合了硅和硅化学计量氮化物的特性
2021-06-14 physics.app-ph physics.optics
Highly efficient 4 micron light generation through fs-fiber laser driven supercontinuum in Si$_3$N$_4$ waveguides
通过基于交钥匙光纤激光器的超连续谱产生过程，直接访问中红外（分子官能团光谱区域），提供了不可否认的简单性和鲁棒性优势。最近，在电信波长泵浦的氮化硅波导中的中红外色散波的相干性的评估，建立了一个重要的第一步，基于这种紧凑的系统的中红外频率梳产生。然而，频谱范围和效率仍然达不到实际实施。在这里，我们第一次实验证明，我们的知识，FS-光纤激光器驱动系统的基础上大截面氮化硅波导可以达到，功率足以驱动双梳光谱，重要的温室气体光谱区域近4微米，通常通过不同的频率产生或更复杂的方法访问。我们显示，从2微米飞秒光纤激光器，高达30%的功率转换和毫瓦级的输出功率，证明这样的来源是合适的候选人紧凑，芯片集成的光谱和传感应用。
2018-06-18 physics.optics
Miniaturizing Color-Sensitive Photodetectors via Hybrid Nanoantennas towards Sub-micron Dimensions
数码相机传感器利用光电二极管上的滤色器来实现颜色选择性。由于滤色器和光敏硅层是独立的元件，因此这些传感器会受到光学串扰的影响，这对最小像素尺寸造成了限制。在本文中，我们报告了混合硅铝纳米结构的颜色过滤器和传感器之间的零距离的极限。这种设计基本上可以实现亚微米像素尺寸，并最小化源自倾斜照明的光学串扰。所设计的杂化硅铝纳米结构具有双重功能。最重要的是，它支持磁偶极子的混合Mie等离子体共振，以实现颜色选择性光吸收，产生电子空穴对。同时，硅-铝界面形成用于电荷分离和光电探测的肖特基势垒。这种设计可能会取代传统的染料基过滤器的相机传感器在超高像素密度与先进的功能，在传感偏振和方向性，以及紫外线的选择性通过带间等离子体的硅。
2022-06-07 physics.app-ph physics.optics
Low-dispersion low free-spectral-range Mach-Zehnder interferometer with long straight path lengths on silicon
本文在硅基平台上构建多个马赫-曾德尔干涉仪，通过增加连续弯曲之间的长直波导路径长度来降低色散，最终实现0.41 nm的自由光谱范围。
2025-07-01 physics.app-ph physics.optics
Optical Activity at 1.55 micron in Si:Er:O Deposited Films
采用物理气相沉积、离子束混合、Ar ~+和O ~（2+）注入掺氧和热退火等技术制备了掺Er和O的硅薄膜。加工步骤被定制为与标准CMOS兼容，并且具有显著低的成本来制造用于硅基红外发射器的光学活性介质。Si：Er：O薄膜在室温下表现出很强的光致发光，类似于光纤材料中斯塔克分裂的Er+3离子1.55微米波段。浓度分布由卢瑟福背散射光谱法测定。发现光致发光信号随着O/Er比的增加而增加。离子注入有效地增强了Er的热扩散，提高了Er的光学活性。
2012-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spectral stability of V2 centres in sub-micron 4H-SiC membranes
本文系统研究厚度低至0.25 μm的4H-SiC薄膜中V2硅空位色心的光谱稳定性，证明其可在亚微米结构中保持可用线宽并支撑纳米光子集成。
2024-05-13 physics.optics quant-ph
High-Performance, High-Index-Contrast Chalcogenide Glass Photonics on Silicon and Unconventional Non-planar Substrates
本文报道了一种通用的，卷到卷和后端兼容的技术，用于在硅和塑料衬底上制造高折射率对比度的光子结构。该制造技术结合了低温硫系玻璃膜沉积和无抗蚀剂的单步热纳米压印工艺低损耗（1.6 dB/cm），亚微米单模波导与光滑的表面光洁度，使用简单的接触光刻。使用这种方法，第一硫系玻璃微环谐振器制造的热纳米压印。该器件在1550 nm波长附近表现出400，000的超高品质因数，这是硫系玻璃微环谐振器中报道的最高值。此外，亚微米的非平面塑料基板上的硫系玻璃薄膜的纳米压印证明，这建立了一个简便的方法，单片制造的高折射率对比度的设备上的一个广泛的阵列的非常规基板。
2013-08-13 physics.optics
Efficient four-wave mixing at the nanofocus of integrated organic gap plasmon waveguides on silicon
非线性光学，特别是混频，支撑着现代光学技术和量子光学、材料和生命科学以及光通信领域的科学探索。由于非线性效应很弱，有效的频率混合必须在大的相互作用长度上积累，这限制了非线性光子学与电子学的集成，并由于相位匹配的要求而对混合过程产生限制。在这项工作中，我们报告有效的四波混频在微米级的相互作用长度在电信波长。我们在硅上使用集成的等离子体间隙波导，其将光强烈地限制在间隙中的非线性有机聚合物内。我们的方法是如此有效，因为间隙波导通过有效地将其纳米聚焦到几十纳米的模式横截面来增强光，产生如此强烈的非线性响应，以至于有效的四波混频在一微米内累积。这是重要的，因为我们的技术开辟了非线性光学的制度，相位匹配和色散的考虑是放松，从而产生的可能性，紧凑，宽带，和有效的频率混合的平台上，可以集成与硅光子。
2017-06-15 physics.optics
Smooth-Curvature Bend Design Guided by Variational Analysis for Adiabatic Multimode Integrated Photonics
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学武汉国家光电研究中心）；School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学光学与电子信息学院）；Optics Valley Laboratory（光谷实验室）
研究多模波导弯曲设计，将其表述为依赖曲率的变分问题，通过构建品质因数推导绝热最优条件，引入SPC和SPCh弯曲，在特定平台上实现低损耗、宽带宽、制造宽容，为光互连和微波光子系统提供新设计策略。
2026-07-17 physics.optics
Near infrared light amplification in Gold diffused Silicon-on-Insulator waveguides
我们报道了可见光泵浦下金扩散绝缘体上硅波导的近红外光放大。在波长为1.55微米的光载波上测得大于30 dB/cm的增益
2016-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Terahertz Waveguiding in Silicon-Core Fibers
我们建议使用硅芯光纤太赫兹（THz）波导的应用。基于具有硅芯和二氧化硅包层的圆柱形波导进行了时域差分模拟。高电阻率硅在0.1 - 3 THz范围内具有平坦的色散，使其适用于可调谐窄带CW THz和可能的宽带皮秒脉冲THz辐射的传播。模拟结果给出了传输动力学和积分光强，并从中提取了横模分布和吸收长度。发现对于140 - 250微米的芯直径，模式主要限于芯，使得总吸收率仅略小于块状多晶硅。
2013-05-02 physics.optics
Sub-surface modifications in silicon with ultrashort pulsed lasers above 2 microns
硅中的非线性光学现象，如自聚焦和多光子吸收，强烈依赖于激发脉冲的波长、能量和持续时间。因此，使用超短脉冲激光的亚表面改性存在明显的波长依赖性，特别是对于波长> 2 $μ$ m。研究了波长在1950-2400 nm范围内，脉冲持续时间在0.5-10 ps之间，脉冲能量从1 $μ$ J到1 mJ变化时的波长依赖性。数值和实验分析已经进行了表面和子表面的硅晶片处理与光纤激光器内置在这个波长范围内工作。在1550 nm处将结果与文献数据进行了比较。所进行的分析表明，由于非线性吸收光谱中的下降和三阶非线性光谱中的峰值，2000 - 2200 nm之间的波长更有利于在硅中产生亚表面改性。即使这些波长在线性区域中不允许像在1550 nm处那样紧密的聚焦，情况也是如此。这个问题通过增加的自聚焦来补偿，所述自聚焦是由于在高光强度下在2100 nm附近的非线性克尔效应（超短脉冲的特征）而引起的。
2020-01-09 physics.app-ph physics.optics
Highly Compact Integrated Optic Arc Bend Mode Converters
随着片上光子集成电路的发展，模分复用-解复用以及其他各种应用都需要结构紧凑、带宽宽的模式转换器。我们提出了一个高度紧凑，易于制造的模式转换器，转换TE 0到TE 1，反之亦然的设计和理论。所提出的设计使用基于绝缘体上硅（SOI）平台的弧形弯曲波导结构，并提供高模式转换效率，低插入损耗，和大的工作带宽。我们使用耦合模理论来分析结构内的模式转换，并进行了FDTD模拟来验证结果。在本工作中的模式转换效率为98.65%的TE 0到TE 1和99.1%的TE 1到TE 0模式转换与器件的足迹为10.5 μ m * 2 μ m的报告。
2022-01-28 physics.optics
Inverted random nanopyramids patterning for crystalline silicon photovoltaics
我们展示了一种纳米图案化技术的硅photopolics，它在光学上优于传统的微米级随机金字塔，同时减少了10倍的数量的硅在纹理化过程中损失。我们结合孔掩模胶体光刻，自下而上的纳米光刻技术，与反应离子蚀刻，以确定在硅晶片的表面纳米锥。由于该技术的自组织方面，珠粒是随机分布的，但保持珠粒间距离的数量级，其直径。我们调整纳米图案的特征尺寸，以最大限度地利用抗反射和光捕获在晶体硅中的吸收。当优化时，纳米金字塔在可见光和带边附近导致晶体硅中比常规微米级随机金字塔更高的吸收，对入射光角度的变化具有优异的鲁棒性。由于这里提出的纳米图案化技术是简单的，我们希望它可以很容易地集成到晶体硅太阳能电池的制造工艺。
2013-06-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Rayleigh scattering, mode coupling, and optical loss in silicon microdisks
利用外接石英光纤锥形波导作为圆片级光探针，研究了由绝缘体上硅基片制作的高折射率对比度光盘谐振器。在1500 nm波段进行的测量表明，这些硅微盘可以支持品质因数高达5.2 × 10^5的回音壁模式，受到制造引起的表面粗糙度的瑞利散射的限制。研究了半径小至2.5微米的微盘，对于材料中5.3立方波长的光学模式体积，测得的品质因数高达4.7 x 10^5。
2004-06-24 physics.optics
Efficient light coupling from integrated single-mode waveguides to supercollimating photonic crystals on silicon-on-insulator platforms
我们提出了一个实用和有效的解决方案，从集成单模波导的光耦合到超准直平面光子晶体在传统的绝缘体上的硅平台。该装置由一个脊形波导，设计用于维持空间扩展的单模和匹配的超准直光子晶体，这已被截断在其边界，以提高两个光子组件之间的阻抗匹配。三维模拟显示，在接近1.55微米的波长下，传输效率高达96%，反射率低于0.2%。这种方法构成了光子芯片上的超准直结构的集成的重要一步。
2008-01-14 physics.optics
Ultra-high-Q racetrack microring based on silicon-nitride
超高Q谐振器在光学和微波光子学中具有重要意义。到目前为止，在保持谐振器的紧凑尺寸的同时提高Q因子仍然是非常具有挑战性的。在此，我们提出并展示了超高Q值氮化硅（Si 3 N4）跑道谐振器与均匀多模Si 3 N4光子波导。它由两个多模直波导连接的两个多模波导弯曲（MWB）。特别地，MWB基于修改的欧拉曲线，并且多模直波导定向耦合器用于基模耦合并且避免在跑道中激发高阶模。通过这种方式，基模被激发并在超低损耗的多模跑道谐振器中传播。同时，它有助于实现紧凑的180°弯曲，以减少芯片占用空间。本文通过将波导宽度加宽到3μm，采用标准的制作工艺，显著降低了基模的传输损耗。结果表明，TE模的本征Q值为4.57 × 10 ~（-7）的超高Q谐振腔，其波导传输损耗仅为1.80 dB/m。据我们所知，这是迄今为止报道的环长仅为2.226 mm的环形谐振器的最高Q值。所设计的超高Q值氮化硅谐振腔可用于大带宽的微波光子滤波器和光电振荡器。
2022-10-11 physics.optics
Heterogeneously integrated silicon photonics for the mid-infrared and spectroscopic sensing
除了作为微电子学的基础材料外，在光学方面，晶体硅长期以来一直用于制造红外透镜和反射镜。近年来，硅已成为实现光互连和通信光子器件大规模集成的关键材料。对于光学，硅具有显著的优势：它提供了非常高的折射率，并且在1.2至8微米的光谱范围内高度透明。为了充分利用硅在非常广泛的范围内的优异性能，并实现新的光电功能，在这里，我们描述了一种通用的方法来集成硅光子器件在任意衬底上。特别是，我们应用该技术成功地集成硅微环谐振器在中红外兼容基板上的操作中红外。这些高性能中红外光学谐振器首次用于演示有机化学品的片上腔增强中红外光谱分析，检测限小于0.1 ng。
2014-03-06 physics.optics
Sub-50 nm focusing of 405 nm laser by hemispherical silicon nanolens
本文从理论上研究了亚微米硅半球形纳米透镜的光聚焦特性。结果表明，在405 nm处，聚焦光斑的宽度和深度分别可达42 nm（约λ/10）和20 nm（约λ/20）。理论分析表明，这种纳米聚焦现象主要来自于硅的高折射率和透镜的亚微米尺寸，这两个因素大大降低了材料损耗的影响。硅纳米透镜的聚焦能力与目前的EUV技术相当，但成本低，为超分辨率光刻和光学显微镜提供了另一种方法。
2020-08-27 physics.optics
Broadband transverse mode directional couplers using partial Euler bends
The University of Queensland（昆士兰大学）
本文提出基于部分欧拉弯的几何框架，设计绝缘体上硅平台上的宽带横向模式定向耦合器，实现模式复用与分束，模拟带宽达101-134纳米，实验验证了高转换效率与低串扰。
2026-09-18 physics.optics
Hybrid Lithium Niobate and Silicon Photonic Waveguides
本文描述了一种近红外波段的锂/硅混合光波导平台。各种光路元件，如波导，弯曲，和耦合器被证明在两个混合截面，A和B，具有不同的LN限制因子（32%和90%，分别）的基本准TE模式。这样一个大的LN限制因子实现与绝热锥，保持基本准TE模式的对称性，并防止模式旋转。我们发现截面B中的平均传播损耗为4.3 dB/cm，标准偏差为2.1 dB/cm，与3 μ m SiO2包层（代替LN）Si波导的平均传播损耗为3.1 dB/cm，标准偏差为2.1 dB/cm相当。
2015-10-06 physics.optics
Integrated Photonic Topology Optimization with Nonvertical Sidewall Profiles: Applications in Lithium Niobate and Silicon
本文实现了基于密度的拓扑优化以设计具有非垂直侧壁轮廓的集成光子器件，支持倾斜和倾斜角侧壁工艺，兼容现有技术与多层介电材料，并成功设计了硅光栅耦合器和铌酸锂双偏振s弯波导。
2025-03-03 physics.optics
Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene
本文研究了全介质硅光子石墨烯的谷自由度。从非零谷陈数的观点重新讨论了反转对称性破缺下的光子带隙开放物理。通过观察时变电场，揭示了具有相反轨道角动量的体谷模。光子狄拉克哈密顿量很好地说明了拓扑跃迁。研究了Z形弯曲波导的谷相关边缘态和谷保护后向散射抑制。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
1D self-healing beams in integrated silicon photonics
自从光学艾里光束的第一次实验观察以来，从粒子和细胞微操纵到激光微加工的各种应用都利用了它们的非衍射和加速特性。后来发现艾里光束在被障碍物阻挡后可以自愈，进一步证明了它在散射和无序环境下的鲁棒性。在这里，我们报告的艾里光束的集成硅光子芯片上的产生，并证明，在芯片上的一维艾里光束保持相同的属性作为2D光束。用于产生艾里光束的1D元光学器件的尺寸仅为3 × 16微米，比传统光学器件小至少三个数量级。这里展示的片上自修复光束可能使片上光网络的无衍射光路由和集成光子芯片上生物分子的高精度微操作成为可能。
2021-03-23 physics.optics
All-optical tuning of a diamond micro-disk resonator on silicon
高质量的集成金刚石光子器件已经在从非线性光子学到片上量子光学的应用中得到了证实。然而，可用的单晶材料的小样品尺寸以及调节其光学性质的困难是这些技术的规模化的障碍。这两个问题都可以通过使用高度精确的微组装方法将微米级金刚石器件集成到主机光子集成电路上来解决。在这项工作中，金刚石微盘谐振器与标准单模绝缘体上硅波导集成，在一系列空间模式中表现出平均负载Q因子为3.1x10^4，最大负载Q因子为1.05x10^5。二氧化硅界面层的微米级器件尺寸和高热阻抗允许使用mW级光泵浦在450 μ m范围内进行显著的热负载和连续的谐振波长调谐。这种按需钻石集成技术为跨大规模光子电路耦合的可调谐设备铺平了道路。
2019-07-11 physics.app-ph physics.optics
End-Fire Silicon Optical Phased Array with Half-Wavelength Spacing
我们展示了一个一维光学相控阵列上的集成硅平台上的操作在1.55微米。光从波导终止的芯片边缘端射发射。创新设计和硅波导提供的高限制使输出端的λ/2间距（775 nm间距）成为可能。通过集成热光加热器在波导之间引起相移来实现转向。该设备形成了一个光束的FWHM角宽度为17度，我们演示了64度范围内的光束转向。
2017-06-02 physics.app-ph physics.optics
High quality waveguides for the mid-infrared wavelength range in a silicon-on-sapphire platform
我们报告记录低损耗硅蓝宝石纳米线的应用程序中红外光学。在1550 nm处，我们实现了低至0.8dB/cm的传播损耗，在2080 nm处为1.1至1.4dB/cm，在= 5.18微米处< 2dB/cm。
2017-05-29 physics.app-ph physics.optics
Low-loss Waveguide Fabrication by Inkjet Printing on Porous Silicon
我们报告的光波导嵌入在氧化多孔硅的无掩模工艺制造。通过喷墨印刷实现图案化的孔填充，使得能够横向修改波导的折射率和其他光学性质，从而提供光波导的完全二维折射率控制。通过材料打印机在多孔硅膜上施加KDP盐溶液来创建波导。在波长1.064和1.550微米处展示了光导。在这两个波长上的强度衰减测量值分别为2.5dB/cm和1.3dB/cm以下
2019-01-15 physics.app-ph physics.optics
Multimode silicon photonics using on-chip geometrical-optics
片上光互连技术已被广泛认为是实现未来大规模多处理器的一种很有前途的技术。模分复用（MDM）为光互连提供了一个新的自由度，以显著增加链路容量。目前的片上多模器件是基于传统的波动光学。虽然为了支持更多的模式，采用了大量的计算和优化，但由于严重的模式色散，模式无关的操作仍然很难实现。在这里，我们提出了一个通用的解决方案，标准化的基本多模积木的设计，通过引入一个几何光学的概念，采用波导宽度大于工作波长。所提出的解决方案可以用非常简单的过程同时处理一组模式，避免解复用过程并确保紧凑的占用空间。与传统方案相比，它可扩展到更大的模式信道，而不会增加复杂度和整体占用空间。作为概念验证，我们展示了一组多模构建模块，包括交叉，弯曲，耦合器和开关。实现了多模波导交叉和弯曲的低损耗，并且实现了多模开关的超低功耗，因为它能够同时针对一组模式进行可重构路由。我们的工作促进了多模光子学的研究，使多模分光技术更加实用。
2020-04-04 physics.app-ph physics.optics
Integration of fiber coupled high-Q silicon nitride microdisks with atom chips
在近可见光区，我们研制出了Q = 3.6 × 10^6，有效模体积为15（λ/ n）^3的微米级氮化硅（SiN_x）微盘光谐振器。氢氟酸湿蚀刻提供了微盘谐振的灵敏调谐，并且光纤锥的坚固安装提供了到微盘的有效光纤耦合，同时允许用于激光冷却和原子捕获的自由光学访问。测量结果表明，铯在SiN_x表面的吸附对微盘共振有明显的红失谐作用。一个技术的并行集成的多个（10）微盘与一个单一的光纤锥也证明了。
2006-09-27 physics.optics quant-ph
Electro-optic modulator based on Vanadium dioxide epsilon-near-zero vertical nanowire triple-cavity in Silicon Waveguide
我们提出了一种电光调制器，利用一个阵列的二氧化钒纳米棒工作在近场制度作为有源开关材料集成在硅波导。该调制器利用二氧化钒的绝缘体到金属的转变，以实现19.7 dB/微米的稳健调制深度，具有宽工作波长。使用模拟，我们演示了如何有效的超材料的介电常数可以通过改变纳米棒的几何形状调整到一个接近零的值。本文还提出了一种新颖的六边形阵列设计，实现了低插入损耗，同时保持了较强的调制深度。研究结果为设计具有高工作频率和低插入损耗的超紧凑型调制器提供了参考。
2022-03-02 physics.app-ph physics.optics
Multiphysics optomechanical sensing of a liquid on the micron scale
本文提出一种悬浮硅微盘光力传感平台，利用解析模型在微米尺度同时测定静止流体的折射率、热导率、粘度、密度和可压缩性，实现70微秒内低功耗的多物理场表征。
2025-03-13 physics.app-ph physics.optics
Integrated table-top facility for the study of Whispering Gallery Modes in dynamic liquid micro-cavities coupled to sub-micron tapered fibers
本文介绍了一种用于研究固体微腔和液体微腔中高$Q$回音壁模的完整的集成台式装置，重点是用于将光耦合到时间相关的液体微腔中的可靠的亚微米腰部尺寸的锥形光纤的原位制备。实验参数的选择使实验获得了近似绝热的锥形，其束腰尺寸与理论模型一致。在光纤锥形化期间，监测传输功率的振荡，以检查高阶模的耦合，并识别光纤适合于纯单模耦合的点。所制备的锥形光纤具有大于85%的平均透射率和非常好的偏振保真度。锥形光纤已被用于有效地激发和检测二氧化硅微球中的$Q\sim10^7$和硅油微滴中的$Q$直至$7\times10^7$的WGM。
2020-04-22 physics.ins-det physics.optics
Machine Learning enables Ultra-Compact Integrated Photonics through Silicon-Nanopattern Digital Metamaterials
University of Utah（犹他大学）；School of Computing, University of Utah（犹他大学计算学院）
在这项工作中，我们展示了三个超紧凑的集成光子器件，这是通过机器学习算法结合时域有限差分（FDTD）建模设计的。通过将设计域数字化为“二进制像素”，这些数字超材料也很容易制造。通过展示各种器件（分束器和波导弯曲），我们展示了我们的方法的一般性。由于占地面积小于${λ_0}^2$，我们的设计是迄今为止报道的最小的设计之一。我们的方法将机器学习与数字超材料相结合，以实现超紧凑，可制造的设备，这可以为新的“光子学摩尔定律”提供动力。"
2020-11-27 cs.LG physics.app-ph physics.optics
Room-Temperature Photoluminescence from Er3+ in Si-Er-O and Si-Ge-Er-O Thin Films at High Erbium Concentrations
先前的研究已经表明，在室温下，来自硅中的Er 3+杂质的光致发光受到非辐射弛豫和固溶度的严重限制;并且在高铒浓度下，来自氧化物基基质中的Er 3+的室温发射变得减少。这项工作提出了研究薄膜（0.2微米厚）真空共蒸发从元素源（Er，Si和Si/Ge），然后真空退火（600 ℃）;这种类型的材料，这是生产高Er 3+浓度，被证明是能够产生强的室温光致发光。Si-Er-O和Si-Ge-Er-O合金膜，含（20 +/- 2）at. %的Er和掺入（16 +/-2）at. % O（通过真空清除反应引入），在1.51和1.54微米（约0.04微米的总光谱宽度）处表现出具有主要成分的发射带。讨论了Er-O络合物的形成和Er 3+离子间热展宽和局域场斯塔克分裂4 I13/2到4 I15/2跃迁的局部随机性对能量转移的影响。讨论了与这种生产光学活性硅基材料的方法相关的可扩展性和低成本的优点。
2012-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Second harmonic generation in germanium quantum wells for nonlinear silicon photonics
二次谐波产生（SHG）是二阶非线性光学效应强度的直接度量，其中还包括频率混合和参量振荡。在其单位晶胞中具有破坏的反转中心对称性的天然和人造材料显示出高的SHG效率，然而硅-铸造兼容的IV族半导体（Si，Ge）是中心对称的，从而防止了硅光子平台中的二阶非线性的完全集成。在这里，我们展示了强大的倍频生长在硅晶片上的富锗量子阱。对称性破缺是用一对非对称耦合量子阱（ACQW）实现的，其中三个量子限制态的能量是等距离的，从而产生了倍频的双共振。激光光谱实验表明，在9和12微米之间的中红外泵浦波长的巨大的二阶非线性。利用强的子带间偶极子，非线性极化率几乎达到10^5 pm/V
2021-03-23 physics.app-ph physics.optics
Energy-tunable entangled photon sources on a III-V/Silicon chip
许多设想的量子光子技术，例如量子中继器，依赖于偏振纠缠光子对的能量（波长）可调谐源。能量可调谐性是实现不同光源间双光子干涉和纠缠交换的基本要求。纠缠光子的参数下转换和四波混频源已经显示出能量可调谐性，但是源的概率性质限制了它们在复杂量子协议中的应用。在这里，我们报告了一种基于硅的混合光子芯片，其中能量可调的偏振纠缠光子由确定性和可扩展的III-V族量子光源产生。该器件是基于一个微机电系统（MEMS），将InAs/GaAs量子点（QD）的PMNPT上的硅衬底上。单量子点的纠缠光子发射可以被调谐超过3000倍的辐射线宽而不破坏纠缠。我们的设计占地数百微米，有利于硅上不可区分的纠缠光子源的小型化和可扩展集成。当与硅基量子光子电路连接时，该设备将提供广泛的令人兴奋的可能性。
2015-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
