Phase matched nonlinear optics via patterning layered materials
原子级薄层二维材料的易于集成和大的二阶非线性系数为在硅兼容集成光子系统中实现二阶非线性提供了独特的机会。然而，二阶非线性光学过程的相位匹配要求使得纳米光子设计困难。我们表明，通过纳米图案化的二维材料，准相位匹配可以实现。这种基于图案化的相位匹配可以潜在地补偿不可避免的制造误差，并显著简化非线性纳米光子器件的设计过程。
2017-06-28 physics.optics
Second harmonic generation in phase matched aluminum nitride waveguides
我们证明了二阶光学非线性氮化铝绝缘体衬底。使用光刻沉积的氮化铝薄膜，我们实现纳米光子波导耦合到微环谐振器，同时支持腔谐振模式的可见光和IR光。通过使用相位匹配的环形谐振器，我们实现了高效的二次谐波产生，并且能够在芯片上产生高达0.5 uW的可见光，转换效率为-46 dB。从测量的响应，我们获得了二阶非线性极化率（\c{hi} 2）为4.7 pm/V。我们的平台提供了一个可行的路线，实现宽带线性和非线性光学器件的芯片上。
2012-05-15 physics.optics
Deep Inverse-Designed Nanophotonic Processors with Structural Nonlinearity from Repeated Phase Encoding
Department of Electrical；Electronics Engineering, Ko c University, Istanbul, 34450, T\" u rkiye
该研究提出通过重复相位编码在逆设计纳米光子处理器中引入结构非线性，实现功能深度，在MNIST、CIFAR-10等任务上取得优于对照组的分类准确率，为紧凑纳米光子处理器提供了新方案。
2026-08-04 physics.optics
Terahertz-induced cascaded interactions between spectra offset by large frequencies
我们探讨了系统的动力学，其中输入光谱在光域中具有非常不同的中心频率强烈耦合通过高度相位匹配，级联的二阶非线性过程驱动的太赫兹辐射。唯一的要求是输入频谱之一包含足够的带宽以生成相位匹配的太赫兹频率驱动器。输入光谱之间的频率分离可以比相位匹配的太赫兹频率大十倍以上。介绍了这种系统的一个实际应用，其中中心波长为1064 nm的窄带泵浦线由一组中心波长约为1030 nm的较弱的种子线引起级联，这些种子线之间由相位匹配的太赫兹频率隔开。这种方法被预测为产生太赫兹辐射的转换效率和毫焦耳级的脉冲能量在低温冷却的周期性极化的锂离子电池。一个模型，解决了太赫兹和光波的非线性耦合相互作用。计算占二阶和三阶非线性，在光学和太赫兹域的色散以及太赫兹吸收。脉冲格式的激光诱导损伤的分歧估计通过跟踪产生的自由电子密度。还概述了减轻激光损伤的策略。
2019-03-11 physics.optics
Single envelope equation modelling of multi-octave comb arrays in microresonators with quadratic and cubic nonlinearity
利用单包络方程数值研究了二次和三次非线性谐振腔中可见光到中红外波段光学频率梳的产生。在近红外波段，通过径向极化的锂离子回音壁谐振器（WGR）的低功率连续波泵浦，可以激活梳状线之间的相位匹配二次混频过程。我们研究了单独和共存的腔内双谐振二次谐波产生和参量振荡过程，发现调制不稳定性可能导致形成耦合梳状阵列延伸到多个倍频程。在时域中，频率梳可以对应于脉冲串或隔离脉冲。
2016-02-25 physics.optics
Naturally Phase Matched Lithium Niobate Nanocircuits for Integrated Nonlinear Photonics
具有强非线性的高复杂性、密集集成的纳米光子电路对于经典光学和量子光学中的广泛应用是期望的。在这项工作中，我们研究自然相位匹配通过模式工程的锂酸盐（LN）波导和微谐振器片上的二次谐波产生（SHG）。通过仔细设计的几何色散，我们观察到一个$26\%~W^{-1}cm^{-2}$规范化的效率，在亚微米横模限制波导中的倍频。在相似的截面尺寸下，我们证明了相位匹配的倍频在一个微波谐振器上的输出耦合的二次谐波功率的10倍增强。我们的平台能够利用最强的光学非线性和电光效应在LN片上与不受限制的平面电路布局。它为具有低损耗和高非线性的高效光子器件的密集和可扩展集成提供了机会。
2018-05-28 physics.optics
Exploiting the optical quadratic nonlinearity of zincblende semiconductors for guided-wave terahertz generation: a material comparison
详细分析和比较了CdTe、GaP、GaAs和InP介质波导在太赫兹波段的模式相位匹配光差频产生（DFG）。从DFG方程的形式出发，我们导出了一个非常一般的品质因数（FOM）的定义。反过来，这种FOM使我们能够比较不同的配置，考虑到线性和非线性的磁化率色散，太赫兹吸收，并严格评估波导模式的属性。最有效的波导发现与此过程中预测接近量子效率极限与输入光功率的顺序为kWs。
2009-06-19 physics.optics
Mid-infrared frequency comb generation via cascaded quadratic nonlinearities in quasi-phase-matched waveguides
我们实验证明了一种简单的配置，中红外（MIR）频率梳产生准相位匹配的锂酸盐波导中使用的级联- $χ^{(2)}$非线性。利用铒光纤激光器产生的纳焦耳级脉冲，在近红外波段观察到了倍频程超连续谱，在2.5- 3 $\textμ$ m波段产生色散波，在4- 5 $\textμ$ m波段产生脉冲内差频。通过设计准相位匹配光栅轮廓，在这种几何结构中观察到可调谐的窄带和宽带MIR光谱。最后，我们进行数值模拟使用非线性包络方程，这表明与实验良好的定量协议-并可用于通知波导设计，以定制的MIR频率梳。我们的研究结果确定了一个简单的单分支的方法，在一个紧凑的平台，使用商业Er：光纤技术中红外频率梳产生的路径。
2018-01-24 physics.optics
Guided-wave frequency doubling in surface periodically poled lithium niobate: competing effects
利用质子交换和表面周期极化实现了准相位匹配α相锂离子通道波导的二次谐波产生。由于有限的铁电畴深度，我们可以观察到二次谐波产生和自相位调制之间的相互作用，由于级联和立方效应，导致非线性共振位移。数据简化使我们能够评估近红外的二次非线性以及未反转域的深度。
2012-09-24 physics.optics
Design and experimental demonstration of impedance-matched circular polarization selective surfaces with spin-selective phase modulations
本文介绍了一种阻抗匹配的圆极化选择表面的设计和实验演示，它也提供了在微波频率的自旋选择性相位调制。我们实现这一点，利用理论的Pancharatnam-Berry相位和级联四张量阻抗层，每个包括一个阵列的交叉曲折线。这些曲折线被精确地调谐和旋转，以实现特定的张量表面阻抗值，以满足传输的右手圆极化场的阻抗匹配条件，同时诱导反射的左手圆极化场的Pancharatnam-Berry相移。我们提出了一个详细的数值合成技术，以获得满足阻抗匹配条件所需的阻抗值，并展示了自旋选择性相位调制的基础上Pancharatnam-Berry相移。为了验证所提出的想法，我们实验证明了近无反射传输的右旋圆极化在宽边和反射的左旋圆极化在30度关闭宽边在12 GHz。为此，分别采用自由空间准光学装置和近场测量系统来测量透射和反射圆偏振场。
2020-01-09 physics.app-ph physics.optics
Higher-order-modes enhanced phase-matched dispersive-wave generation in the deep-blue and UV spectral region
在过去的几十年中，实芯光子晶体光纤（PCF）已经被广泛地探索以产生宽带、高相干性的超连续谱（SC）。受限于熔融石英的材料吸收和相对低的非线性，基于二氧化硅PCF的SC中的光谱增宽通常限于蓝色至近红外光谱区域，即使在已开发的商业源中也是如此。这些光源的输出光谱缺少整个范围的短波长。为了打破这一限制，人们做了很多努力。其中，色散波（DW）的产生已被研究用于触发短波长的新频率。在满足相位匹配条件的情况下，反常色散区的孤子可以将多余的能量直接转移到短波长的DW中。然而，系统研究的因素，包括相位匹配的DW，强烈相关的高阶模（HOM）的色散剪裁，很少被显示。本研究报告的实验观察的HOM增强相位匹配的DW产生在深蓝和紫外区域。一个实芯PCF为基础的，UV扩展SC源跨越2.8倍频程宽（350 nm至2500 nm）的证明。同时，我们通过数值计算仔细验证了我们的发现。
2022-11-06 physics.optics
Vortex solitons in quasi-phase-matched photonic crystals
本文研究了三维准相位匹配光子晶体中由二次非线性支持的稳定涡旋孤子，提出棋盘结构实现方案，发现菱形和方形两类四峰涡旋模式，并确定了其稳定区域，为实验实现提供了理论依据。
2023-03-20 nlin.PS physics.optics
Generating mid-IR octave-spanning supercontinua and few-cycle pulses with solitons in phase-mismatched quadratic nonlinear crystals
我们讨论了一种新的方法产生倍频程跨越超连续谱和几个周期的脉冲在重要的中红外波长范围。该技术依赖于强相位失配级联二次谐波产生（SHG）中红外非线性频率转换晶体。重要的是，我们在这里调查所谓的非临界SHG的情况下，没有相位匹配可以实现，但作为补偿，最大的二次非线性被利用。如果级联非线性大于竞争材料的自聚焦非线性，则可以激发自散焦时间孤立子，并且我们定义了合适的品质因数来筛选广泛的具有大的有效二阶非线性的中红外电介质和半导体材料$d_{\rm eff}$。最佳候选物同时具有大的带隙和大的$d_{\rm eff}$。我们选择现实的数值例子，使用一个有前途的晶体：在一种情况下，孤子脉冲压缩从50 fs到15 fs（1.5个周期）在$3.0\mic$实现，并在同一时间形成一个3周期的色散波在$5.0\mic$，可以使用长通滤波器隔离。在另一个例子中，我们表明，极宽带超连续谱可以形成跨越近红外到中红外的末端（近4个倍频程）。
2013-06-18 physics.optics
Optimised spectral purity of unfiltered photons via pump and nonlinearity shaping
本研究通过结合高斯准相位匹配与高斯泵浦光谱整形，优化了电信波长源光子的光谱纯度，未滤波时纯度上限达99.9272(6)%，双光子干涉可见度高达98.5(8)%。
2025-10-07 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Dissipative quadratic soliton mode-locked optical parametric oscillator
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
本文提出通过被动模式锁连续波驱动的双共振退化OPO，利用自发形成的飞秒耗散二次孤子实现超快激光器的扩展，展示了非局部有效克里格非线性对腔体动态的影响，为耗散孤子形成提供了新方法。
2026-04-03 physics.optics
Giant Non-resonant Infrared Second Order Nonlinearity in $γ$-NaAsSe$_2$
红外激光系统对于光谱学、通信和生物医学设备中的应用至关重要，这些应用需要红外非线性光学（NLO）晶体来实现宽带下变频。这种晶体需要具有高的非谐振NLO系数、大的带隙、低的吸收系数、相位匹配性以及其他竞争需求，例如，较大的带隙导致较小的NLO系数。本文报道了$γ$ -NaAsSe $_2$单晶的成功生长，该单晶在2 $μ$ m波长处显示出巨大的二次谐波产生（SHG）系数d $_{11}$ =590 μ m V $^{-1}$;这比商业AgGaSe $_2$的大约18倍大同时保持大约1.87eV的类似带隙，使其成为利用d $_{11}$的准相位匹配器件的杰出候选者。此外，$γ$ $_2$是I型和II型相位匹配的，并且具有高达16 $μ$ m波长的透明度范围。因此，$γ$ -NaAsSe 2是一种很有前途的红外非线性光学晶体。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Wavelength Conversion Efficiency Enhancement in Modal Phase Matched $χ^{(2)}$ Nonlinear Waveguides
模式相位匹配（MPM）是一种广泛应用于$_x$-$_{1-x}$ As和其他$χ^{(2)}$非线性波导中的相位匹配技术，用于高效的波长转换。非基本空间模式的使用补偿了材料色散，但也减少了三个相互作用的波的空间重叠，因此限制了转换效率。在这项工作中，我们开发了一种技术，通过修改材料的非线性增加非线性重叠，而不是传统的方法优化模态场分布。这可以消除MPM固有的低空间重叠的限制因素，并显著提高转换效率。在所提供的设计示例中，该技术可以在Al $_x$ Ga $_{1-x}$ As波导中将转换效率提高高达$\sim$ 290倍。我们进一步表明，这种技术是适用于所有的$χ^{(2)}$材料系统，利用MPM波长转换。
2021-12-28 physics.optics quant-ph
Broadband ultraviolet-visible frequency combs from cascaded high-harmonic generation in quasi-phase-matched waveguides
高次谐波产生（HHG）提供短波长光，可用于精密光谱学和探测超快动力学。我们报道了在相位稳定的$\leq$ 12 nJ，100 fs脉冲驱动下，在3 $μ$ m，100 MHz重复率下，在啁啾周期性极化的锂酸盐波导中有效地产生了高达9阶（333 nm）的相位相干谐波。观察到高达10%的中红外到紫外-可见光的转换效率，其中基波到所有谐波的总转换率为23%。尽管存在复杂的高度非线性过程，我们还是验证了谐波频率梳的相干性。数值模拟的基础上，一个单一的宽带包络方程与二次非线性的转换效率在大约1个数量级的范围内的实验参数的估计。从这个比较中，我们确定了一个无量纲参数捕捉三波混频和群速度走离的谐波，管理级联HHG物理之间的竞争。这些结果可以为一系列不同平台中的级联HHG提供信息。
2021-02-13 physics.atom-ph physics.optics
Two-colour dissipative solitons and breathers in microresonator second-harmonic generation
本文研究了微谐振腔二次谐波产生中的双色耗散孤子与呼吸子，揭示了其在轻微相位失配下的典型性及与二阶非线性主导的谐振线负倾斜的关系。
2023-05-21 physics.optics
Quasi-phase-matched up- and down-conversion in periodically poled layered semiconductors
本文实现周期性极化范德华半导体3R-MoS₂，在3.4μm微观厚度下获0.03%宏观频率转换效率（比现有系统薄10-100倍），还实现宽带光子对产生，开辟微观范德华晶体相位匹配非线性光学新领域。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Cascaded multi-harmonic generation in a \b{eta}-BBO crystal reaching 133 nm from a single 800 nm pump beam
Technische Universität Wien（维也纳工业大学）
研究在η-BBO晶体中实现多级谐波生成，达到133 nm，通过单束800 nm钛宝石振荡器产生第二、第三谐波，并发现即使在吸收为主的第五、第六谐波处，谐波信号强度仍显著高于噪声限。
2026-03-13 physics.optics
Optical chaos in nonlinear photonic crystals
本文研究了二次非线性光子晶体中二次谐波与和频产生同时准相位匹配时光波的空间演化。我们发现的条件过渡到哈密顿混沌的不同振幅的光波在边界的晶体。
2002-02-18 cond-mat.stat-mech nlin.CD nlin.PS
Dual-Core Optical Fibers for Efficient Mid-Infrared Generation via Third Order Frequency Mixing and Coupling-Length Phase Matching
本研究设计基于耦合长度相位匹配的双芯光纤，利用三阶非线性实现宽频可调的频率下转换，推导强度相关相位修正，提出抗相位调制、量子产率100%的结构，并给出中红外产生的光纤设计实例。
2024-05-17 physics.optics
Vortex solitons in quasi-phase-matched photonic crystals with the third harmonic generation
研究提出在准相位匹配三维光子晶体中利用三次谐波产生稳定复合涡旋孤子，发现菱形与方形孤子分别对应不同相位匹配条件，且能长距离传播，为非线性光学中涡旋孤子的控制提供了新方法。
2025-07-01 nlin.PS physics.optics
Photogalvanic second harmonic generation in Si3N4 for 1 Hz level on-chip metrology and spectroscopy
Institute of Applied Physics, The Hebrew University of Jerusalem（希伯来大学应用物理研究所）；Alexander Kofkin Faculty of Engineering, Bar-Ilan University（巴伊兰大学亚历山大·科夫金工程学院）；Microsystems and Nanotechnology Division, Physical Measurement Laboratory, National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院物理测量实验室微系统与纳米技术部）；Joint Quantum Institute, University of Maryland College Park（马里兰大学帕克分校联合量子研究所）
本研究探究氮化硅中直接相位匹配光电流二次谐波产生，实现亚赫兹级频率比保真度，为片上计量、光谱学及光学时钟提供稳健方案。
2026-08-06 physics.app-ph physics.optics
Energetic mid-IR femtosecond pulse generation by self-defocusing soliton-induced dispersive waves in a bulk quadratic nonlinear crystal
产生高能飞秒中红外脉冲对超快光谱学至关重要，目前依赖于参数过程，虽然有效，但也很复杂。在这里，我们实验表明一个简单的替代方案，使用一个单一的泵浦波长没有任何泵同步，没有关键的相位匹配要求。用亚mJ近红外50-fs脉冲泵浦块状二次非线性晶体（用于非临界相位失配相互作用的未极化LiNbO $_3$切割），产生了具有优异时空脉冲质量的$3.0~μ\rm m$附近的可调谐和宽带（$\sim 1,000$ cm $^{-1}$）中红外脉冲，具有高达10.5 $μ$ J能量（6.3%转换）。中红外脉冲是与由自散焦级联非线性效应产生的近红外自散焦孤子相位匹配的色散波。这个过程是无干扰的，因此输入脉冲能量可以通过使用大孔径晶体任意缩放。该技术可以很容易地用其他晶体和激光波长实现，因此可以潜在地取代目前的超快频率转换过程到中红外。
2014-09-23 physics.optics
Photo-induced cascaded harmonic and comb generation in silicon nitride microresonators
氮化硅（Si $_3$ N $_4$）是一种日益成熟的非线性光学集成平台。然而，由于没有二阶（$χ^{(2)}$）非线性，Si $_3$ N $_4$主要被认为是三阶（$χ^{(3)}$）非线性相互作用。最近，通过光电效应在Si $_3$ N $_4$波导和微谐振器中进行光学极化克服了这一限制，从而导致准相位匹配$χ^{(2)}$光栅的铭文。在这里，我们报告的级联非线性效应在正常色散硅$_3$ N $_4$微谐振器结合$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性。我们证明，光致$χ^{(2)}$光栅也提供了相位匹配的和频产生过程中，使启动和连续切换的主要梳在泵浦波长。此外，双共振泵浦和二次谐波场允许级联的三次谐波产生，其中二次光学写入的$χ^{(2)}$光栅被识别。最后，我们得到了由和频耦合初级梳演化而来的低噪声宽带微梳态。这些结果扩展了$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$微谐振器中级联效应的范围。
2022-03-29 physics.optics
Scaling native entanglement generation in layered semiconductors with quasi-phase matching
University of Vienna（维也纳大学）；ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；University of L’Aquila（拉奎拉大学）；CNR-SPIN（意大利国家研究委员会自旋物理研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本文提出周期性极化过渡金属二硫化物（PPTMD）结构，通过准相位匹配克服相干长度限制，在保持对称性产生的偏振纠缠保真度超过99%的同时，将光子对产生率提高数个量级。
2026-06-15 physics.optics quant-ph
