A low-loss photonic silica nanofiber for higher-order modes
光学纳米纤维将光限制到亚波长尺度，并且对于纳米光子器件的设计、集成和互连是感兴趣的。在这里，我们证明了高传输（> 97%）的第一族激发模式通过350 nm半径的光纤，通过适当的选择的光纤和精确控制的锥形几何形状。我们可以设计纳米纤维，使这些模式传播的大部分能量以外的腰部区域。我们还提出了一种光学设置，用于选择性地发射这些模式小于1%的基模污染。我们的实验结果是在良好的协议与模拟的传播。多模光学纳米纤维扩展了光子工具箱，并可能有助于实现用于通信科学、激光科学或其他传感应用的完全集成的纳米级器件。
2013-08-08 physics.atom-ph physics.optics
Optical Micro- and Nanofiber Pulling Rig
我们回顾了使用氢/氧火焰刷技术制备绝热光学微米和纳米纤维的方法。火焰沿着光纤扫描，光纤同时被两个平移台拉伸。锥形光纤制造是可重复的，并产生具有指数或线性分布的高度绝热的锥形。详细介绍了火焰刷钻机的设置和使用的各种参数。从文献中获得的信息进行了汇编，并进一步的细节，有必要有一个功能的牵引钻机包括在内。这应该使读者能够制造各种锥形轮廓，同时实现基模传播的~ 99%的绝热透射。利用该装置，获得了光波导中高阶模的透射率在85-95%之间的结果。
2014-10-19 physics.optics
Fabrication of a centimeter-long cavity on a nanofiber for cavity QED
我们报道了一个1.2厘米长的腔体直接使用飞秒激光烧蚀的制造。精细度值在200-400范围内的腔模仍然可以保持40- 60%之间的透射率，这可以使腔QED的“强耦合”机制对于被捕获的单个原子远离光纤表面200 nm。对于这样的腔模式，我们估计的单程腔内传输为99.53%。其他腔模式，其可以实现在3-10的范围内的高协同性，显示出超过60-85%的透射率，并且适合于基于光纤的单光子源和“Purcell”机制中的量子非线性光学。
2017-01-24 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Left-right asymmetry in an optical nanofiber
研究了左右手圆偏振光在旋转对称梯度折射率光纤中传输时的对称性破缺效应。结果表明，由于张量相互作用引起的自旋-自旋角动量转换，出现了左右不对称性，表现为对相反圆偏振的不相等透射。
2011-02-24 physics.optics quant-ph
Ultra-low-loss nanofiber Fabry-Pérot cavities optimized for cavity quantum electrodynamics
我们展示了超低损耗，全光纤法布里-珀罗腔的制造包含一个半导体部分，优化腔量子电动力学。通过连续监测的精细度和光纤半径在两个光纤布拉格光栅之间的光栅的制造过程中，我们能够精确地评估锥度传输作为半径的函数。所得到的腔体在束腰半径为207 nm处的内部往返损耗仅为0.31%，总精细度为1380，并且对于在表面上的铯原子的最大预期内部协同度为$\sim$ 1050。我们制造这种高精细度双腔的能力可能为实现高保真可扩展量子网络打开大门。
2020-08-27 physics.optics quant-ph
Observation of Zeeman shift in the rubidium D2 line using an optical nanofiber in vapor
本文报道了在直流磁场作用下，通过锥形光波导透射法观测到的~（85）Rb和~（87）Rb同位素D_2跃迁的塞曼频移（100 MHz量级）。分析了线偏振光在介质中的传播，将其看作是两个正交圆偏振方向σ+和σ-的叠加。在没有磁场的情况下，原子蒸气通过在电子束腰部的倏逝场对这些偏振的吸收是简并的。当平行于传播光施加弱磁场时，这种简并被解除，并且检测到共振频率的相对偏移。观察到1.6MHz/G和-2.0MHz/G的典型线性位移速率。我们还证明了二色性原子蒸气激光锁定线的形状，通过监测两个磁移吸收光谱的实时减法。这是特别有趣的磁光实验，因为它可以直接实现半导体激光器的频率稳定。
2013-05-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Fabrication and characterization of optical nanofiber tips
本文提出两步HF酸化学蚀刻法制备ONFT，通过控制蚀刻时间获得尖端直径小于500 nm、透射率超过30%的纳米光纤探针，并验证其低成本优势及多领域应用潜力。
2024-05-22 physics.app-ph physics.optics
Intermodal Energy Transfer in a Tapered Optical Fiber: Optimizing Transmission
本文通过光谱分析，从实验和理论上研究了光波导锥形化过程中模间的能量转移。结果允许优化的锥形过程中，我们测量传输超过99.95%的基本模式。我们量化的绝热条件，通过计算和放置的能量转移到其他模式的量的上限在每一步的锥形，给实际的限制锥角。
2013-10-27 physics.atom-ph physics.optics
Nanofiber Fabry-Perot microresonator for non-linear optics and cavity quantum electrodynamics
我们实验上实现了一个基于锥形光纤的近铯D2线波长的法布里-珀罗型光学微谐振器，配备了两个光纤布拉格光栅，包围一个亚波长直径腰部。由于非常低的锥形损耗，谐振器的精细度达到F = 86，而谐振透射率为T = 11%。我们的谐振腔的特性满足强耦合区的非线性光学和腔量子电动力学的要求。结合其已证明的易用性和其有利的模式几何形状，它因此打开了一个应用领域。
2012-09-04 physics.optics quant-ph
High-order exceptional point in a nanofiber cavity quantum electrodynamics system
提出了一种全光纤发射腔量子电动力学（QED）系统，该系统由两个二能级发射器和一个单模腔组成。我们的方案使得基于发射极和谐振腔之间的耦合来观察高阶例外点成为可能。该腔的有效增益可以通过两个相同的激光场弱驱动到双腔来获得，在实验中实现相干完全吸收（CPA）。在实验可行的参数下，该系统的哈密顿量满足伪厄米性条件，即其本征值可以由一个实数和一对复共轭构成，也可以全为实数。通过调节两个发射极-腔耦合强度的比值和发射极的衰减速率的比值，我们可以发现发射极-腔系统中不具有宇称时间对称性的三阶例外点（EP 3）和二阶例外点（EP 2）。这些结果也可以通过总的输出光谱和透射光谱来证明。当耦合强度大于EP 3点的临界耦合强度时，对称模产生。我们的建议将提供一个新的方法来实现高阶例外点。
2022-01-11 physics.optics quant-ph
Cavity enhanced terahertz fingerprint detection with ultrahigh sensitivity
我们提出了一种实现超高灵敏度太赫兹指纹检测的新方案。代替在常规透射方案中使用通过裸样品的太赫兹的直接吸收，使用在样品的特征频率处谐振的腔模式，并且由于腔模式透射对材料损耗的高度依赖性，当样品被加载到腔中时观察到放大的透射衰减。此外，该方案保留了物质识别的特点。以一维光子晶体谐振腔为例，对α-乳糖进行了检测，实现了对7 nm α-乳糖的高效检测，其特征频率为0.529THz，相当于自由空间波长的1/80000，灵敏度比常规方法提高了500倍。
2017-06-05 physics.app-ph physics.optics
Nanofiber-based all-optical switches
研究了在电磁感应透明（EIT）条件下，在一个有效长度（$20$ mm量级）和中等精细度（300量级）的双模腔中，一个具有$N$型跃迁组态的四能级原子上的全光开关.在我们的模型中，门场和探测场是由弱经典光脉冲激发的量子纳米纤维腔场，并使用铯原子的$D_2$线的参数。我们研究两种不同的开关方案。第一种方案是基于探测模式的EIT上的门模式中的光子的存在的效果。第二种方案是基于使用EIT存储在一个适当的原子级的人口的门模式的光子，这导致在探测模式中的场的传输的减少。我们研究了开关对比度对各种参数的依赖关系，如腔长，镜反射率，以及腔驱动场脉冲的失谐和功率。对于光纤半径为250 nm，腔长为20 mm，腔精细度为313，铯原子距离光纤表面为200 nm的双腔，我们数值计算得到第一种方案的开关对比度约为67%，第二种方案的开关对比度约为95%。这些开关操作需要小的平均光子数在双腔门和探测模式。
2016-04-20 physics.optics quant-ph
Propagation of nanofiber-guided light through an array of atoms
我们研究了纳米纤维引导的光通过原子铯阵列的传播，同时考虑到超精细能级$6S_{1/2}F=4$和$6P_{3/2}F'=5$的$D_2$线之间的跃迁。我们推导出耦合模传输方程，输入输出方程，散射矩阵，传输矩阵，以及在线性，准静态，弱激发制度的引导场的反射和透射系数。我们发现，当原子基态子能级布居数的初始分布是平坦的时，在线性相干散射过程中，沿平行于原子位置径向的主轴$x$和垂直于原子位置径向的主轴$y$的准线性偏振不相互耦合.当引导探测场沿长主轴$x$准线偏振时，前向和后向散射具有不同的特性。我们发现，当阵列周期远离布拉格共振时，后向散射较弱。在布拉格共振下，大部分被引导的探测光可以在宽的场失谐区域中被反射回来，即使存在到辐射模式的不可逆衰减通道。当原子数足够大时，可以形成两种不同的带隙，其性质取决于引导探测场的极化。
2014-11-19 physics.optics quant-ph
Nanoparticle-doped electrospun fiber random lasers with spatially extended light modes
发光聚合物纳米纤维与表现出光学增益的分子材料的复杂组装可以导致非晶光子学和随机激光科学和器件的重要进展。在纳米纤维的无序垫中，多重散射和波导可能相互作用以确定光学模式的定位或扩展以及相关效应。在这里，我们研究了嵌入激光芴-咔唑-芴分子并掺杂二氧化钛纳米颗粒的电纺纤维，它表现出亚nm光谱宽度的随机激光，吸收激发通量的阈值约为9 mJ cm^-2。我们专注于无序和非织造网络中的光学模式的空间和光谱行为，寻找具有非常大的空间范围，高达100微米尺度的模式存在的证据。这些研究结果表明，发射耦合到集成的双折射传输通道作为有效的机制，提高随机激光器的光谱选择性和复杂和无序材料中的光模式的相关性。
2017-10-02 physics.optics
Electromagnetically induced transparency for guided light in an atomic array outside an optical nanofiber
研究了在电磁感应透明条件下，光场在光学介质附近的三能级原子阵列中的传输。我们检查两个方案的原子水平和场偏振的引导探测场是准线性极化沿长或短主轴，这是平行或垂直，分别向原子位置的径向方向。我们的数值计算表明，200个铯原子在一个线性阵列的长度为100 $μ$ m，在200 nm的距离，从表面的半径为250 nm的激光器可以减慢被引导的探测光的速度约$3.5\times 10^6$的一个因素（相应的群延迟约为1.17 $μ$ s）。在布拉格共振附近，很大一部分被引导的探测光可以以负群延迟被反射回来。反射场的反射率和群延迟与探测场的传播方向无关。然而，当输入引导光沿着长主轴准线性偏振时，透射场的透射率和群延迟基本上取决于探测场的传播方向。在布拉格共振条件下，在适当的内部状态下制备的原子阵列即使在无限大的原子数的限制下也可以传输沿主偏振方向在一个特定方向上偏振的引导光。被引导的光通过原子阵列的传输的方向性是被引导的光场的纵向分量的存在以及场偏振和原子偶极矢量两者的椭圆率的结果。
2015-05-17 physics.optics quant-ph
Versatile optical accordion lattices using binary phase transmission gratings
本研究提出利用二元相位透射光栅构建可调谐光学手风琴晶格的技术，所得晶格具备高均匀度、对比度、间距可调性及功率效率，适配光学纳米光纤，可支撑量子网络与量子模拟相关的集体量子现象研究。
2024-10-08 physics.optics quant-ph
Multimode optically adiabatic silica glass submicron taper
由锥形光纤制成的二氧化硅纳米纤维作为高效率光-物质相互作用的最终平台引起了相当大的兴趣。虽然先前展示的应用仅依赖于基模的低损耗传输，但是实现多模锥形的多模式传输仍然非常具有挑战性，阻碍了它们在多模非线性光学和量子光学中的各种新兴应用中的使用。在这里，我们报告的第一个实现的多模亚微米锥，允许同时绝热传输的多个高阶模式，包括LP 02模式，通过引入深湿蚀刻的传统光纤之前，光纤锥形。此外，作为一个关键的应用，我们展示了“基波到基波”的全光纤三次谐波产生与高转换效率。我们的工作为超高效率的多模非线性和量子光学铺平了道路，促进了多模区域中的非经典光的产生，多模孤子相互作用和光子量子门，以及操纵原子和纳米颗粒的倏逝场诱导的光捕获势。
2020-09-20 physics.optics
Nonlinear optical effects of ultrahigh-Q silicon photonic nanocavities immersed in superfluid helium
光子纳米腔是许多应用中的关键部件，因为它们能够捕获和存储光子并增强光与各种功能材料和结构的相互作用。在室温下，自由载流子和热光效应限制了硅光子腔中可以存储的最大光子数。为了减少这种影响，我们进行了第一次实验研究的光学非线性超高Q硅盘纳米腔在低温下在超流氦环境中。在高输入功率下，当温度越过液氦λ点时，腔透射谱表现出明显的蓝移双稳态行为。在更低的温度下，光谱恢复到对称的洛伦兹形状。在此条件下，我们获得了约40，000的大的存储腔内光子数，这最终受到本地氦相变的限制。理论计算和数值模拟解释了这些新发现。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Chaos-induced transparency in an ultrahigh-Q optical microcavity
我们通过实验证明了一种新的诱导透明形式，即，混沌诱导的透明度，在一个轻微变形的微腔，支持连续的混沌模式和离散的规则模式与Q因子超过3X？10^7当被聚焦激光束激发时，透射光谱中的诱导透明源于两个平行光路的相消干涉：（i）混沌模式的直接折射激发，以及（ii）通过混沌辅助的动力学隧道机制耦合回混沌模式的超高Q规则模式的激发。通过控制激光束的焦点位置，诱导透明经历高度可调谐的Fano样非对称线形。实验结果模拟的量子散射理论，并表现出良好的协议。这种混沌诱导的透明性伴随着非常陡峭的正常色散，并可能开辟新的可能性，戏剧性的慢光行为和非线性相互作用的显着增强。
2012-09-20 physics.optics quant-ph
Photonic Crystal Nanobeam Cavity Strongly Coupled to the Feeding Waveguide
提出并实验验证了一种确定性设计的波长尺度模体积光子晶体纳米梁腔。利用这种方法，设计了Q>10^6和谐振透射率T>90%的腔。在Si中制造并用低折射率聚合物覆盖的器件具有Q= 80，000和T= 73%。据我们所知，这是在确定性设计的波长尺度高Q腔中测得的最高透射率。
2010-02-07 physics.optics quant-ph
Spatiotemporal flat optics for terabit-per-second single-channel data transmission
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Anhui University（安徽大学）
该研究提出一种全光时空发射器，通过光路诱导的空间到时间转换生成可控的高重复信息承载飞秒脉冲，实现每秒约3太比特的单通道数据传输，突破传统数字-模拟转换器的限制。
2026-04-05 physics.optics
Optical data transmission at 44Tb/s and 10 bits/s/Hz over the C-band with standard fibre and a single micro-comb source
微梳[1 - 4]，即由集成微腔谐振器产生的光学频率梳，提供了其体相对应物[5，6]的全部潜力，但在集成的基底面中。时间孤子态（DKS耗散克尔孤子）[4，7 -11]作为锁模微梳的一种手段的发现使得在许多领域取得了突破，包括光谱学[12，13]，微波光子学[14]，频率合成[15]，光学测距[16，17]，量子源[18，19]，计量学[20，21]等。它们最有前途的应用之一是光纤通信，其中它们实现了大规模并行多路复用数据传输[22，23]。在这里，通过使用一种称为孤子晶体的新型强大的微梳[11]，我们使用单个集成芯片源在标准光纤上实现了前所未有的数据传输。我们展示了一个44.2太比特每秒使用电信C波段在1550 nm的频谱效率，一个至关重要的性能指标，为10.4位/秒/赫兹的线速率。孤子晶体表现出鲁棒和稳定的产生和操作以及高固有效率，其与48.9GHz的低孤子微梳间隔一起使得能够使用64 QAM（正交幅度调制）的非常高的相干数据调制格式。我们证明了在实验室中，以及在现场试验超过75公里的标准光纤安装的大城市光纤网络的无差错传输。这些实验极大地得益于孤子晶体在没有稳定或闭环控制的情况下工作的能力。这项工作证明了光孤子晶体微梳在要求苛刻和实用的光通信网络中的能力。
2020-03-01 physics.app-ph physics.optics
Ultra-sensitive detection of mode splitting in active optical microcavities
研究了有源微腔中的散射诱导模分裂。在激光阈值以下，通过光学增益的品质因数增强允许在波长扫描透射光谱中分辨分裂模式的谐振凹陷，否则在无源谐振器中将检测不到所述谐振凹陷。在激光区，模式分裂表现为两个激光模式具有极窄的线宽。这些激光模式在检测器中的混合导致其频率对应于分裂量的外差拍频信号。激光机制不仅允许模式分裂测量的灵敏度，而且通过消除对谐振模式周围的波长扫描的需要而提供了容易获得的方案。有源微腔中的模式分裂对于提高亚波长散射体探测的灵敏度和研究强耦合区的光与物质相互作用具有直接的影响。
2010-07-02 physics.gen-ph physics.ins-det physics.optics
Microspherical photonics: Giant resonant light forces, spectrally resolved optical manipulation, and coupled modes of microcavity arrays
本论文研究了介质微球的新型共振推进技术，其目标是对具有相同共振的微球进行分选，这对于发展微球光子学至关重要。首先，通过将锥形微光纤固定在机械坚固的平台中来开发渐逝场耦合器。锥形是通过化学蚀刻技术获得的。使用这些平台，WGM的模态数，耦合制度和品质因数确定为各种球，并与理论进行比较。其次，研究了WGM共振均匀性优于0.05%的球构成的光子分子的光谱特性。结果表明，不同空间构型的耦合腔在光纤传输谱中呈现出相对稳定的模式分裂图样，可以作为区分这种光子分子的光谱特征。第三部分是微球所受巨共振推进力的研究。在具有足够大直径的聚苯乙烯球的悬浮液中观察到这种效应。通过集成用于单个球体操作的光镊，精确地控制了每个球体中的可调谐激光器和WGM之间的波长失谐。在实验中直接证明了光学力的共振增强。光谱的形状，位置和所观察到的推进力峰值的幅度解释了共振条件下的光动量的有效转移到微球。共振力的峰值接近动量守恒的总吸收极限。研究了球在推进过程中的横向运动，证明了稳定径向陷阱的存在。巨大的共振推进力可用于大规模分选微球，具有非均匀的共振特性。
2015-09-03 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.optics
