Identical chaotic synchronization and bidirectional message transmission in incoherently coupled semiconductor laser diodes
一种基于混沌的通信方案，允许同时双向消息传输（Opt. Lett. 32，403，2007）进行了数值研究。分析了实际长距离光通信系统中可能出现的非相干反馈和耦合情况。结果表明，混沌激光波形的同步和双向信息传输是可能的，在相干耦合的情况下。然而，在非相干反馈和耦合的混沌制度是完全不同的。它是具有混沌包络的规则失稳弛豫振荡。这样的动态导致发射信号比特率受到弛豫振荡频率的一部分的限制。
2008-06-20 physics.optics
Speckle-free laser imaging
许多成像应用需要越来越明亮的照明源，从而促使用发光二极管（LED）、超发光二极管（SLD）和激光器替代传统的热光源。尽管它们的亮度，激光器和SLD不适合全视场成像应用，因为它们的高空间相干性导致称为散斑的相干伪影，破坏图像形成。我们最近证明，随机激光器可以被设计成提供低空间相干性。在这里，我们利用专门设计的随机激光器的低空间相干性在显著的光学散射的设置中执行无散斑全场成像。我们定量地表明，随机激光照明产生的图像表现出更高的分辨率比空间相干照明产生的图像。通过提供强烈的激光照明而没有相干伪影的缺点，随机激光器非常适合于从全场显微镜到数字光投影仪系统的全场成像应用。
2011-10-31 physics.optics
Optimizing optical potentials with physics-inspired learning algorithms
本文提出结合超发光二极管与物理启发学习算法的框架，利用数字孪生和迭代学习控制，实现一维光学偶极势阱的快速优化，速度提升一个数量级，适用于超冷气体操控。
2023-03-31 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Stimulated emission at 1.54 $μ$m from Erbium/Oxygen-doped silicon-based light emitting diodes
为了发展单片集成硅光子学，迫切需要用于信息传输的硅基光源，包括发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。通过离子注入铒离子（Er $^{3+}$）掺杂的硅被认为是一种有前景的方法，但是具有极低的量子效率。在这里，我们报告了一个电泵浦超线性发射在1.54 $μ$ m的Er/O掺杂的硅平面发光二极管，这是通过应用一个新的深冷却工艺。室温下的受激发射以~6 mA（~0.8 A/cm 2）的低阈值电流实现。时间分辨的光致发光和光电流的结果揭示了复杂的载流子从硅到Er 3+的转移动力学通过弛豫电子从硅的间接导带。这幅图不同于经常假设的硅基质的电子-空穴对复合的能量转移。此外，来自LED的放大发射可能是由于由深冷技术产生的准连续Er/O相关施主带。该工作为基于稀土掺杂硅的通信波长超辐射发光二极管或高效LD的制备奠定了基础。
2020-12-08 physics.app-ph physics.optics
Photon-count fluctuations exhibit inverse-square baseband spectral behavior that extends to $< 1\;μ$Hz
各种各样的光源表现出光子计数波动，在极低的频率下显示平方反比光谱行为。这些光源包括发光二极管、超辐射发光二极管、激光二极管、白炽光源和β发光光源。在18个月期间进行的一系列实验中，发现这些源的光子计数波动在频率范围$1.0 \times 10^{-6} \le f \le 5.0 \times 10^{-4}$ Hz上表现出$1/f^2$光谱特征，对应于$33$ min $ \le T_f \le 11.6$ d，其中$T_f \equiv 1/f$。时间下限由光电探测器噪声本底确定，而时间上限由各个实验的持续时间确定。从我们的数据计算的比例图是一致的周期图。这种平方反比基带光谱行为的普遍特征与这些光源的光谱形成鲜明对比，这些光源的光谱明显不同。光子计数波动的时间轨迹进行检查，揭示了这种神秘的光谱行为的起源。
2020-02-19 physics.data-an physics.optics
Compact Cavity-Enhanced Aerosol Detector using Incoherent Light Sources
本研究研制出采用非相干光源的腔增强紧凑型光学粒子计数器，消除了激光腔方法的振动敏感性，可小型化且能检测300nm以下超细颗粒，为新一代便携仪器奠定基础。
2024-10-07 physics.ao-ph physics.ins-det physics.optics
Experimental demonstration of a beam shaping non-imaging metasurface
针对LED需二次光学器件导致照明产品体积大的问题，提出用非成像超表面整形非相干光源的方法，构建理论框架与数值工具并制作原理验证样品，连接非成像光学与超光学领域。
2025-02-13 physics.optics
Electrically driven random lasing from a modified Fabry-Perot laser diode
随机激光器（RL）是一种有趣的器件，在成像、传感、超分辨率光谱分析和复杂网络工程等领域具有广阔的应用前景。RL可以从光泵浦染料、光纤和晶体或电泵浦半导体异质结构获得。半导体RL通常通过在有源层中引入散射缺陷来制造，这增加了制造过程的复杂程度，并且失去了无序结构可能提供的易于实现性。电泵浦RL的现成可用性，避免了昂贵的制造方法，将促进这些设备在研究和应用中的使用。在这里，我们实现了一个非相干半导体RL通过简单地处理现成的法布里-珀罗激光二极管的输出镜，通过控制激光烧蚀。由完整的后镜和烧蚀的前镜提供的光反馈导致具有低空间相干性和散斑输出发射轮廓的多模随机激光。
2021-05-25 physics.optics
Optical levitation using broadband light
创造动态的、定制的光学势的能力在从生物学到量子科学的各个领域都变得非常重要。我们展示了一种方法，用于创建任意的光镊电位使用宽带光谱轮廓的超辐射发光二极管结合透镜的色差。可调谐滤波器，通常用于超快激光脉冲整形，使我们能够操纵宽光谱轮廓，因此通过聚焦这种光形成的光镊电位。我们通过测量真空中悬浮纳米粒子的布朗运动来表征这些势，并演示了粒子运动的干涉检测和反馈冷却。这种简单且具有成本效益的技术将实现广泛的应用，并允许超过MHz频率的光学潜在景观的快速调制。
2020-07-14 nlin.CD physics.atm-clus physics.optics
Violation of local realism with spatially multimode parametric down-conversion pumped by spatially incoherent light
University of Ottawa（渥太华大学）；University of Toronto（多伦多大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）
本研究通过非相干光源泵浦的多模SPDC生成纠缠光子，实现了超过2的CHSH不等式违反，表明相干泵浦并非必需，为量子技术提供新可能。
2025-11-14 physics.optics quant-ph
Light-emitting diode excitation for upconversion microscopy: a quantitative assessment
镧系元素上转换纳米粒子（UCNPs）通常需要高功率激光激发。在这里，我们报告宽场上转换显微镜在单纳米粒子的灵敏度使用非相干激发的970 nm的发光二极管（LED）。我们表明，由于其广泛的发射光谱，LED激发是约3倍，有效的UCNP和产生高背景相比，激光照明。为了应对这一点，我们使用时间选通发光检测，以消除残留的背景从LED源，使个别UCNPs与高敏化剂（Yb 3+）掺杂和惰性壳保护成为明确确定在1.18 W cm-2的LED激发下，确认相关的电子显微镜图像。亲水性UCNP通过多糖包被经由简易配体交换方案获得，以证明使用LED激发的细胞摄取成像。这些结果表明，一个可行的方法来绕过与高功率激光器的限制时，应用UCNPs和上转换显微镜的生命科学研究。
2020-06-29 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Sub picosecond steering of ultrafast incoherent emission from semiconductor metasurfaces
从单片集成光源动态控制飞秒脉冲的能力是纳米光子学和超快光学领域的一个重要里程碑。由光学共振元原子组成的可重构超表面的新生领域已经显示出通过亚波长控制光的相位，振幅和偏振来操纵光-物质相互作用的巨大前景。这些有源超颖表面使用可重构的空间相位轮廓任意地变换入射波前，并且因此被限制于操纵相干外部源。通过将非相干发射体与超原子集成而获得的发光超颖表面已经被用于通过Purcell因子增强静态地增加发射的量子效率，并且控制光的远场发射特性以准直和聚焦自发发射。然而，这种非相干光源的主动操纵仍然是一个挑战，因为当前用于相干光源的相敏方法不能直接应用。非相干光发射超快时间尺度的时空控制可能会带来变革性的技术飞跃，使低功率发光二极管（LED）能够取代高功率相干激光源，从而实现全息LED显示器和其他关键光收发器应用，包括遥感、感知和高速光通信系统。在这项工作中，我们首次从理论上预测和实验上证明，在70°范围内的超快非相干发射从发光超颖表面的亚皮秒转向。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photoluminescent cooling with incoherent light
本文研究了非相干光在光学制冷中的效率，发现只要入射辐射单向，相干性损失不影响制冷效率，热力学允许用发光二极管或过滤阳光等非相干源实现近乎激光的高效光学冷却，为紧凑型全固态制冷器件设计提供指导。
2024-08-22 cond-mat.other cond-mat.stat-mech physics.optics
Spatial, spectral, temporal and polarisation resolved state tomography of light
测量光束的偏振、光谱、时间动态、空间振幅和相位的能力对于研究激光动力学、电信和非线性光学中的基本现象是必不可少的。目前的定性技术只适用于有限的情况。非干涉测量方法通常无法获得空间相位，而相位敏感方法需要辅助参考源或适当的自参考，这两者都不是普遍可用的。无论参考文献如何，破译多个共同传播的非相干场的复杂波前仍然特别具有挑战性。在这里，我们利用量子态层析成像的原理来规避这些限制。一个完整的描述一个未知的光束检索通过测量其时间和光谱分辨的密度矩阵的两个偏振，使用空间光调制器显示投影全息图和单模光纤引导收集到一个高速光电二极管和光谱仪的信号。尽管没有空间分辨率的检测器和强度的唯一字符的收集信号，该方法解决了多个任意的空间场在一个单一的光束，包括其相位和振幅，以及它们的空间相干性。利用相干信息解锁明确确定的频谱和时间演变的相互不相干的字段，即使当这些频谱重叠或具有相同的时间延迟。我们证明了这些标志性的特点丰富的时空和光谱输出的垂直腔面发射激光二极管，到目前为止，抵制使用现有技术的全面分析。
2022-02-04 physics.optics
Experimental generation of polarization entanglement from spontaneous parametric down-conversion pumped by spatiotemporally highly incoherent light
本文实验研究时空高度非相干LED泵浦对SPDC偏振纠缠的影响，测得双量子比特态并发度0.531、纯度0.647，与理论一致，并指出STHI泵浦在波长覆盖和抗散射量子通信方面具有应用价值。
2023-02-15 physics.optics quant-ph
Photon statistics of amplified spontaneous emission
量子技术的发展导致需要具有特定光子统计的辐射源的新应用。广泛使用的泊松统计量很容易由激光产生;然而，某些应用需要超或亚泊松统计量。光源的统计特性由二阶相干函数g^（2）（0）表征。该函数将g^（2）（0）=1的激光的受激辐射与其他光源的光区分开来。例如，对于黑体辐射，g^（2）（0）=2;对于单光子辐射，g^（2）（0）=0。需要超泊松统计（g^（2）（0）>1）的应用之一是利用热光的重影成像。重影成像还需要具有窄线宽和高强度的光。目前，相当昂贵且低效的光源用于此目的。近年来，基于放大自发发射（ASE）的超辐射发光二极管被认为是一种新的成像光源。尽管ASE已被广泛研究，但其光子统计尚未解决-既没有可靠的二阶相干函数的理论估计，也没有明确的实验数据。我们的计算机模拟清楚地表明，ASE产生的光的相干特性类似于g^（2）（0）=2的热源，与泵浦功率无关。这一结果表明了ASE与激光辐射的根本区别。
2018-06-19 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Low-spatial coherence electrically-pumped semiconductor laser for speckle-free full-field imaging
激光源的空间相干性由于相干伪影（诸如散斑）而限制了它们在并行成像和投影中的应用。相比之下，传统的非相干光源（诸如热源或发光二极管（LED））提供每独立空间模式相对低的功率。在这里，我们提出了一个芯片级，电泵浦半导体激光器的基础上的一种新的设计，展示了高功率每模式与低得多的空间相干性比传统的激光源。激光谐振腔的制造与混沌，D形腔优化，以实现高度多模激射。激光在约1000个模式中同时且独立地发生，因此总发射表现出非常低的空间相干性。利用混沌腔激光器作为照明光源，实现了无散斑全场成像。样品照明的每种模式的功率比LED或热光源高几个数量级。这种紧凑、低成本的光源结合了LED的低空间相干性和激光的高光谱辐射率，可以实现广泛的高速、全场成像和投影应用。
2014-10-05 physics.optics
A low phase noise cavity transmission self-injection locked laser system for atomic physics experiments
本文提出一种利用中等精细度腔的自注入锁定二极管激光系统，有效抑制快速相位噪声，相比PDH稳定激光器改善20-30 dB，适用于原子物理实验中的高保真量子操控。
2023-11-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Flattening laser frequency comb spectra with a high dynamic range, broadband spectral shaper on-a-chip
光谱整形对许多科学领域至关重要。例如，在天文学中，通过多普勒效应探测系外行星取决于校准高分辨率光谱仪的能力。激光频率梳可用于此，但整个光谱的强度变化很大，无法最佳地利用整个梳，导致校准的整体精度降低。为了避免这个问题，激光频率梳的天文应用依赖于一个整体光学装置，它可以在将输出光谱发送到摄谱仪之前使其变平。这样的光调制器需要复杂且昂贵的光学元件，如空间光调制器，并且具有不可忽略的台式占地面积。在这里，我们提出了一种替代的形式，一个全光子光谱整形器，可用于平坦的激光频率梳的频谱。该设备包括一个电路蚀刻到氮化硅晶片，支持阵列波导光栅分散光在数百纳米的波长，其次是马赫-曾德尔干涉仪控制每个通道的振幅，热光相位调制器以使信道相位化，以及第二阵列波导光栅以重新组合光谱。演示设备的工作波长为1400至1800 nm（覆盖天文H波段），有20个20 nm宽的通道。该器件允许通过马赫-曾德尔动态调制近40 dB的光谱，这比大多数空间光调制器提供的更大。使用超辐射发光二极管，我们将静态光谱变化降低到~3 dB，这受到电路中使用的组件特性的限制，并且在激光频率梳上，我们设法将调制降低到5 dB，足以用于天文应用。
2022-10-03 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Control of LED Emission with Functional Dielectric Metasurfaces
发光二极管（LED）的改进是光电子学和光子学研究的主要目标之一。虽然发射速率增强肯定是目标之一，但在这方面，对于LED集成到复杂光子器件，将需要另外精确控制发射光的波前。超表面是工程散射的空间布置，其可以实现具有前所未有的分辨率的这种光操纵能力。然而，这些装置中的大多数仅能够在具有大空间相干性的光（通常为垂直入射激光）的照射下适当地起作用。另一方面，LED具有以低空间相干性为特征的角度宽的类朗伯发射图案，这使得超颖表面器件在LED架构上的集成极具挑战性。提出了一种新的LED超颖表面集成的概念，利用腔体通过角度准直来增加LED的空间相干性。由于腔的谐振特性，扩展发射光的空间相干性不会以总发射功率的任何降低为代价。所提出的概念的实验演示上实施的GaP LED架构，包括一个混合金属布拉格腔。通过在顶部集成硅超颖表面，我们展示了这些紧凑型器件的两种不同功能：以所需角度的定向LED发射和具有轨道角动量的涡旋光束的LED发射。所提出的概念是通用的，适用于其他非相干光源，并使设计用于平面波的超表面能够与非相干光发射器一起工作。
2019-07-19 physics.app-ph physics.optics
Unidirectional Luminescence from Quantum Well Metasurfaces
III族氮化物发光二极管（LED）是无处不在的照明和显示应用的支柱。赋予定向发射是许多LED实现的基本要求。虽然光学封装、纳米图案化和表面粗糙化技术可以增强LED提取，但引导发射光需要庞大的光学元件。光学超颖表面提供了对透射和反射波形的精确控制，这为引导光发射提供了新的途径。然而，由于缺乏锁相入射波，很难使超颖表面概念适用于非相干光发射。在这封信中，我们展示了基于超颖表面的InGaN/GAN量子阱结构的设计，该结构在任意工程角度下产生窄的单向传输和发射波瓣。我们发现，发射的方向和偏振显着不同的传输，在协议的分析局域光态密度（LDOS）模型。在这封信中提出的结果打开了一个新的范例，利用超颖表面功能的发光器件。
2019-05-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Coupling light and sound: Giant nonlinearities from oscillating bubbles and droplets (Review)
非线性光学过程对于电信、信号处理、数据存储、光谱学、传感和成像等领域至关重要。作为一个独立的研究领域，非线性光学开始于激光器的发明，因为产生光学非线性所需的强光的实际来源在以前是不可用的。然而，许多非线性光学系统的高功率要求限制了它们的使用，特别是在便携式或医疗应用中，因此存在开发能够利用由廉价且紧凑的源发射的低功率光产生非线性光学现象的新材料和谐振结构的推动。声学非线性，特别是气泡和液滴中的巨大声学非线性现象，比它们的光学对应物强得多。在这里，我们建议采用声学非线性产生新的光学频率，从而有效地再现非线性光学过程，而不需要激光。我们严格调查目前的文献致力于光与非线性声波的相互作用和高度非线性振荡的气泡和液滴。我们表明，声学非线性转换为光信号是可能的低成本的非相干光源，如发光二极管，这将迎来新的类低功耗光子器件，更实惠的偏远社区和发展中国家，或有苛刻的要求的大小，重量和功率。
2018-11-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.optics
