Directional nanophotonic atom--waveguide interface based on spin--orbit interaction of light
玻璃纤维形式的光波导是全球电信网络的骨干。在这样的光纤中，光通过在具有较高折射率的纤芯和较低折射率的包层之间的界面处发生的连续全内反射而被长距离地引导。虽然这种机制确保没有光从波导中逃逸，但它会在包层中产生倏逝场。虽然在标准光纤中保护该场不与环境相互作用，但是通常在空气或真空包层光纤中采用该场，以便使用例如，锥形光纤耦合器值得注意的是，后者所施加的强限制可以导致光的自旋和轨道角动量的显著耦合。利用这一效应，我们证明了受控的方向自发发射的光量子发射到一个亚波长直径的波导。在一个范例设置，包括铯原子位于附近的真空包覆的二氧化硅纳米粒子的影响进行了研究。我们实验观察到的不对称性高于10：1的发射率到对向传播的基本导模的双折射。此外，我们证明，这种不对称性可以定制的状态准备和适当的激发的量子发射器。我们希望我们的研究结果将有重要的影响，在纳米光子学和量子光学的研究和实现集成的光信号处理的经典以及在量子制度。
2014-06-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Dual-comb spectroscopy with tailored spectral broadening in Si$_3$N$_4$ nanophotonics
Si $_3$ N $_4$波导，在1550 nm处泵浦，可以在重要的2 ${\mathrmμ}$ m至2.5 ${\mathrmμ}$ m大气水窗口中为气体光谱提供光谱平滑的宽带光，这对于基于二氧化硅光纤的系统仅是部分可达的。通过在定制的Si $_3$ N $_4$波导中结合Er+：光纤频率梳和超连续谱产生，展示了跨越2 ${\mathrmμ}$ m到2.5 ${\mathrmμ}$ m的高信噪比双梳光谱（DCS）。获得的CO和CO的宽带双梳谱$_2$符合数据库线形模型，并具有高达48 $/\sqrt{\mathrm{s}}$的光谱信噪比，表明在Si $_3$ N $_4$超连续谱产生中保持了两个梳之间的高相干性。DCS品质因数为6 $\times 10^6/\sqrt{\mathrm{s}}$，相当于1.6 ${\mathrmμ}$ m波段的全光纤DCS系统。基于这些结果，未来的DCS可以将光纤梳技术与Si $_3$ N $_4$波导相结合，以在稳健的非实验室平台中访问新的光谱窗口。
2018-11-14 physics.app-ph physics.optics
Efficient Source of Shaped Single Photons Based on an Integrated Diamond Nanophotonic System
一个有效的、可扩展的成形单光子源，可以直接与光纤网络和量子存储器集成，是量子信息科学中许多协议的核心。我们展示了一个确定性的任意时间形状的单光子脉冲的源，具有高效率（检测效率= 14.9%）和纯度（$g^{(2)}(0) = 0.0168$）和高达11个连续检测到的单光子流使用硅空位中心在一个高度定向的光纤集成金刚石纳米光子腔。结合先前展示的自旋光子纠缠门，该系统能够按需生成相关光子流，如簇态，并可用作量子信息的鲁棒传输和处理的资源。
2022-07-28 physics.optics quant-ph
Cavity piezo-mechanics for superconducting-nanophotonic quantum interface
混合量子系统是实现分布式量子网络的关键。特别是，在典型的超导量子比特频率下工作的压电力学具有低热激发的特点，并提供了一个有吸引力的平台来桥接超导量子处理器和光通信信道。然而，在低温下以足够强的强相互作用集成超导和光机械元件仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一个集成的超导腔压电光学机械平台，其中10 GHz的声子与超导和纳米光子腔中的光子同时共振耦合。受益于所实现的大的压电机械协同性（$C_\mathrm{em}\sim7$）和增强的光机械耦合的脉冲光泵，我们证明了相干相互作用在低温下通过观察有效的微波光光子转换。该混合接口在实现大规模量子通信方面迈出了实质性的一步，同时也为微波-光子纠缠和以吉赫声子为媒介的量子传感领域做出了新的探索。
2020-02-21 physics.optics quant-ph
Efficient and low-noise single-photon-level frequency conversion interfaces using silicon nanophotonics
光学频率转换的应用范围从可调谐光源到量子信息科学的窄带接口。在这里，我们展示了在纳米光子芯片上通过紧凑型（占地面积< 0.5 x 10^-4 cm ^2）Si 3 N4微谐振器中的四波混频布拉格散射实现的高效、低噪声频率转换。我们研究了三种频率转换配置：（1）在980 nm波段内几个纳米的光谱平移，（2）从1550 nm到980 nm的上转换，以及（3）从980 nm到1550 nm的下转换。在第一个过程的转换效率从25%到最后两个过程的转换效率> 60%的范围内，信号转换带宽> 1GHz，所需的连续波泵浦功率< 60 mW，背景噪声水平在几fW和几pW之间，这些器件适合于从InAs量子点的单光子态的量子频率转换。耦合模式方程和Lugiato-Lefever方程的基础上的模拟被用来模拟器件的性能，并显示与测量定量协议。
2015-10-08 physics.optics quant-ph
Allying nanophotonic structures with two-dimensional van der Waals materials
本文综述了将二维范德华材料与纳米光子结构集成以赋予可重构性和多功能性，并探讨了性能提升、挑战及超越二维材料的未来机遇。
2023-05-12 physics.optics
Chiral nanophotonic waveguide interface based on spin-orbit coupling of light
通过纳米光子波导控制光的流动具有改变集成信息处理的潜力，就像传统玻璃纤维彻底改变了全球通信一样。由于光的强横向限制，这种波导引起被引导光子的内部自旋与其轨道角动量之间的耦合。在这里，我们采用这种光的自旋-轨道耦合来打破纳米光子波导表面上的单个金纳米颗粒对光的光的散射的镜像对称性。因此，我们实现了一种手性波导耦合器，其中入射光的旋向性决定了波导中的传播方向。利用这种效应，我们可以控制散射过程的方向性，并将高达94%的耦合光引导到给定的方向。这使得控制和操纵光波导和纳米光子结构中的光以及设计集成光学传感器的新方法成为可能。
2014-06-09 physics.atm-clus physics.optics quant-ph
Entanglement transport and a nanophotonic interface for atoms in optical tweezers
实现多量子比特系统的高效量子光学接口是科学和工程领域的一个突出挑战。使用单独控制的光镊耦合到纳米制造的光子晶体腔中的两个原子，我们演示了纠缠产生，快速无损读出，和原子量子比特的全量子控制。通过将量子比特编码为长寿命态并使用动态解耦，将纠缠态从腔中传输出去后，在自由空间中验证纠缠态。我们的方法将光链路和自由空间中的量子操作与相干单向传输连接起来，可能为原子量子处理器提供集成光学接口。
2021-09-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Physical origin of higher-order soliton fission in nanophotonic semiconductor waveguides
在克尔介质中产生超连续谱已成为非线性光学的一个重要研究方向。它因促进了对孤子传播的理解以及它在广泛领域中的许多应用而闻名。激光的相干光谱展宽现在通常在实验室中进行，并用于商业白光源。目前，该技术的前景正在推动不同集成平台的实验，如绝缘体上半导体波导。光谱展宽的核心是高阶孤子分裂的概念。虽然在石英光纤中被广泛接受，但半导体波导中孤子衰减的动力学仍然知之甚少。特别是，二氧化硅中不存在的非线性损耗和自由载流子的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这里，通过实验和模拟，我们表明，非线性损耗是占主导地位的扰动线波导，而自由载流子色散是占主导地位的光子晶体波导。
2018-05-14 physics.optics
A Comprehensive Survey on Nanophotonics Neural Networks
在过去的几年中，已经提出了基于纳米光子布置的神经形态电路的具体化，其包含完整的光学电路、激光器、光电检测器、光子晶体、光纤、扁平波导和纳米结构材料的其他无源光学元件，其消除了大数据组的同时处理的时间，利用量子的观点，从而大大增加当代智能计算系统的潜力。本文试图记录和研究有关纳米光子排列的神经网络的神经形态电路的开发和实现方法的研究。特别是，开发纳米光子神经形态处理器的方法的调查研究，他们的独创性在神经元的建筑结构，他们的训练方法和他们的优化已经实现了与特殊问题的研究，如光学激活函数和成本函数。
2021-10-30 cs.ET physics.optics
Hybrid nanophotonic-nanomagnonic SiC-YiG quantum sensor: I/ theoretical design and properties
在这里，我提出了一种新的混合顺磁-亚铁磁SiC-YiG量子传感器的理论。它的目的是允许亚纳米级的单外部自旋灵敏度光学检测脉冲电子电子双共振光谱，使用X波段脉冲EPR光谱仪和光纤。该传感器包含一个单一的V2带负电荷的硅空位色心在4 H-SiC，其光致发光是波导的4 H-SiC纳米光子结构向光纤。该V2自旋探针通过在表面以下几纳米的深度处的离子注入来创建，通过在位于纳米光子结构的背面上的YiG亚铁磁性纳米条的强磁场梯度下光学检测的顺磁共振来确定。该梯度还允许在纳米级逐片研究目标顺磁性样品。这种量子传感器的制造过程中，它的磁性和光学特性，其外部自旋传感特性的结构生物学背景下，其集成到一个标准的商用脉冲EPR光谱仪都在这里。
2019-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Complete Field Characterization of Ultrashort Pulses in Fiber Photonics
本文报道了一种简单的光纤实现技术，该技术基于仅处理脉冲光谱和在一小段光纤后测量的两个自相位调制光谱，用于完全重建超短激光脉冲的强度轮廓和相位。它的适用性示出在电信范围内的光纤系统的一个例子。提出了一种考虑色散效应的无色散近似反演算法。所得到的结果证实了独立的测量，使用二次谐波产生频率分辨光门技术，并通过重建故意引入的信号功能。我们还提供了估计，展示了在全波导光学系统中实施这种技术的巨大机会，从光通信到具有毫微微焦耳脉冲的纳米光子学以及中红外光子学，其中可以使用具有巨大光学非线性的特种光纤。
2017-12-09 physics.optics
Fiber-Based Focal Plane Array Beamformer as Air Interface of an Alignment-Tolerant Optical Fi-Wi-Fi Bridge
本研究提出采用含61个细间距光纤芯的焦平面阵列波束形成器作为光Fi-Wi-Fi桥接器的空中接口，实现了室外10Gb/s FSO链路在粗略初始对准后的稳健单模光纤耦合，提升了对准容忍度。
2025-03-24 physics.optics
Nanophotonic coherent light-matter interfaces based on rare-earth-doped crystals
量子光物质接口（QLMIs）将静态量子比特连接到光子，将使光网络能够用于量子通信，精确的全球时间保持，光子开关和基础物理学研究。稀土离子掺杂晶体是光量子存储器和光子、微波光子和自旋波之间的量子转换器的最新材料。在这里，我们展示了耦合的钕稀土元素的合奏光子纳米腔中制造的钇正硅酸盐主晶体。在高相干的4 I_（9/2）-4F_（3/2）光跃迁中观察到了包括Purcell增强（F=42）和偶极诱导透明的腔量子电动力学效应。由于原子密度的统计精细结构的腔传输的波动进行测量，表示在量子水平上的操作。腔耦合REI的相干光学控制通过光子回波来执行。长的光学相干时间（T2~100微秒）和小的非均匀加宽测量的腔耦合REI，从而证明了它们的潜力，在芯片上可扩展的QLMIs。
2015-07-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient demultiplexed single-photon source with a quantum dot coupled to a nanophotonic waveguide
平面纳米结构允许从嵌入其中的量子发射器中近乎理想地提取发射，从而实现确定性的单光子源。这样的源可以通过实施主动时间到空间模式解复用转换成M个单光子源。我们报告实现这样的解复用源的基础上嵌入在纳米光子波导的量子点。利用高效光栅耦合器获得了从波导到单模光纤的高效外耦合（>60%）。作为概念验证，通过使用端到端效率>81%的电光调制器到单模光纤中，证明了到M=4个空间信道的主动解复用。总的来说，我们证明了四光子符合率>1赫兹，即使在非共振激发的量子点。电流源的主要限制是对应于所需转变的有限制备效率的其它激子转变的残余布居。我们定量提取的制备效率为15%，使用二阶关联函数测量。该实验突出了平面纳米结构作为高效多光子源的适用性，通过时间到空间的解复用，并制定了一个明确的路径方式，如何扩大规模，以证明量子优势与量子点源。
2019-03-21 physics.optics quant-ph
Isolating and enhancing the emission of single erbium ions using a silicon nanophotonic cavity
在长距离上分布量子纠缠的能力是量子技术的重要组成部分。固体中的单原子和类原子缺陷是理想的量子光源和存储纠缠的量子存储器。然而，开发远程量子网络的主要障碍是紫外和可见光谱中的典型原子跃迁能量与红外中光纤的低损耗传播带（大约1.5 $μ$ m）之间的不匹配。一个值得注意的例外是Er $^{3+}$离子，其1.5 $μ$ m跃迁用于驱动现代通信网络的光纤放大器中。然而，由于这种跃迁的电偶极禁戒性质导致的低于100 Hz的低光子发射速率，因此尚未实现与单个Er $^{3+}$离子的光学接口。在这里，我们证明了单一的Er $^{3+}$离子在固态主机的发射率可以提高300倍以上，使用小模式体积，低损耗的硅纳米光子腔。这种增强使得能够第一次清楚地观察到来自单个Er $^{3+}$离子的荧光。在一个小的频率范围内调谐激发激光器允许几十个不同的离子被寻址，并且磁场中的谱线分裂证实了光学跃迁与Er $^{3+}$离子的自旋耦合。这些结果是基于可扩展的硅纳米光子学架构的长距离量子网络和光子的确定性量子逻辑的重要一步。
2017-11-28 physics.optics quant-ph
High quality factor nanophotonic resonators in bulk rare-earth doped crystals
许多块体晶体材料表现出有吸引力的非线性和发光性质的经典和量子光学应用。在这些材料中的高品质因数光学纳米腔的芯片级平台将使新的光电子器件和量子光物质界面成为可能。在这篇文章中，光子晶体纳米束谐振器制造使用聚焦离子束铣削大块绝缘体，如稀土掺杂的硅酸钇和钒酸钇，演示。在可见光，近红外，电信波长与品质因数高达27,000和光学模式体积接近一个立方波长的操作进行了测量。这些器件使新的纳米激光器，片上量子光存储器，单光子源，和非线性器件在低光子数的基础上稀土离子。该技术也适用于其他发光中心和晶体。
2015-12-12 physics.optics
A nanophotonic all-optical diode for non-reciprocal transmission of circularly polarized lights
全光二极管（AOD）在量子光学和信息处理中发挥着重要作用，其中信息是由光子编码的。只有圆偏振光才能携带光子的自旋态，这在量子计算和信息处理中得到了广泛的应用，并使新的研究领域成为可能，例如手征量子光学。一个理想的声光偏转器应该能够工作在任意偏振态，包括圆偏振光，这还没有被证明。在本文中，我们第一次从理论上证明了一种能够与圆偏振光一起工作的纳米光子AOD。AOD纳米结构基于二维二氧化硅和硅光子晶体（PhCs）的异质结构。通过控制光子晶体的有效折射率和使用倾斜的界面，我们能够利用广义全反射原理来实现圆偏振光的非互易传输。此外，纳米光子AOD能够在1497 nm至1666 nm的宽波长范围内实现大于0.6的高前向透射率和接近1的高对比度。所设计的纳米光子声光器件在光量子信息处理和计算中具有广阔的应用前景。
2018-06-12 physics.optics
Efficient optical coupling to gallium arsenide nano-waveguides and resonators with etched conical fibers
本文提出利用刻蚀锥形光纤实现与砷化镓纳米光子结构的高效光耦合，该方法在低温振动等苛刻环境及多波段下均表现出高稳定性和耦合效率，为受限环境下的量子光学与传感实验提供了新方案。
2023-10-19 physics.optics
Self-organization of atoms along a nanophotonic waveguide
原子耦合到纳米光子界面代表了量子光-物质相互作用研究的一个令人兴奋的前沿。虽然大多数工作都考虑了静态原子和光之间的相互作用，在这里，我们证明了丰富的现象可以产生自洽的原子内部状态，光学散射和原子力之间的相互作用。我们详细考虑了原子耦合到一维纳米光子波导的情况，并表明这种相互作用引起沿波导的原子位置的自组织，这可以通过反射和透射光谱的不同特性进行实验探测。
2012-11-24 physics.optics quant-ph
Strip-Loaded Nanophotonic Interfaces for Resonant Coupling and Single-Photon Routing
本文设计并仿真条带加载纳米光子界面，通过优化波导、布拉格光栅腔、环形谐振器及定向耦合器，提升单光子产生与路由性能。
2024-08-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Free-standing silicon nitride nanobeams with efficient fiber-chip interface for cavity QED
我们提出了高品质因数氮化硅纳米梁光子晶体腔的设计，制造和表征在可见光波长耦合到金刚石色心的腔QED系统。我们展示了器件的品质因数约为24;000周围的锗空位中心的零声子线。我们还提出了一个有效的光纤到波导耦合平台悬浮纳米光子学。通过轻轻地改变相应的有效折射率在光纤波导接口，我们实现了约96%的效率在腔谐振。
2020-06-24 physics.app-ph physics.optics
Circuit-free cardiovascular monitoring via skin-interfaced nanophotonics
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；St. Olav’s University Hospital（圣奥拉夫大学医院）
该研究提出了一种无需电路的光学方法，利用皮肤接触的纳米结构表面衍射检测动脉脉搏，实现无需电子设备的持续心血管监测。
2026-09-02 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
Hybrid microwave-optical scanning probe for addressing solid-state spins in nanophotonic cavities
基于固态原子缺陷的自旋-光子界面在量子信息处理中有着广泛的应用。为了最大化光-物质耦合强度，通常在纳米器件内部放置缺陷。将光和微波辐射有效地耦合到这些结构中是一项实验挑战，特别是在样品访问受限的低温或高真空环境中。在这项工作中，我们展示了一个基于光纤的扫描探针，同时耦合到一个平面光子电路的光，并提供高功率微波驱动电子自旋跃迁。光学部分实现了46%的单向耦合效率，而微波部分提供了强度高达9高斯的交流磁场。整个探头可以在$^3$ He低温恒温器内的大量设备上进行扫描，而无需自由空间光学访问。我们证明了这种技术与硅纳米光子电路耦合到单个Er $^{3+}$离子。
2020-12-11 physics.optics quant-ph
Nanophotonic control of circular dipole emission: toward a scalable solid-state to flying-qubits interface
利用纳米结构控制单量子发射体的光子发射对于可扩展的片上量子信息处理至关重要。如今，纳米谐振器可以影响发射器的寿命，并最终在发射器和光场之间引起强耦合，而纳米天线可以控制发射的方向性。将这种控制扩展到操纵轨道角动量变化跃迁的发射，将使长寿命固态量子比特和飞行量子比特之间的耦合成为可能。由于这些过渡与圆形，而不是线性偶极子，这样的控制需要详细的知识的空间依赖的相互作用的复杂偶极子与高度结构化的光学本征态包含本地螺旋。使用一个经典的模拟，我们在实验上映射的圆偶极子的光子模式的模型结构，一个光子晶体波导。我们表明，根据当地的螺旋偶极子可以耦合到模式传播到左边或右边。这些地图与计算结果非常吻合。因此，我们的测量结果表明，自旋光子耦合的途径与近单位（0.8 $\pm$ 0.1）的效率。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Composite device for interfacing an array of atoms with a single nanophotonic cavity mode
我们提出了一种方法，捕获原子阵列附近的复合纳米光子器件的表面与最佳耦合到一个单一的腔模式。该器件由一个安装在光栅上的光阱组成，允许在光阱表面附近形成周期性的光阱势以及一个高协同性的光阱腔。我们的设备分析模型，并找到良好的协议与数值模拟。我们数值模拟表明，对于一个实验现实的设备，可以形成一个阵列的陷阱，其中心与一个单一的腔模式的波腹重合，保证最佳的耦合腔。此外，我们模拟了一个陷阱，适合于一个单一的原子在100 nm的光纤表面，潜在地允许更大的耦合到光纤比发现使用典型的导模捕获技术。
2016-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-efficiency interface between multi-mode and single-mode fibers
多模光纤（MMF）和单模光纤（SMF）广泛地用于光通信网络中。在需要短距离的应用中，MMF是成本方面的实际选择。除此之外，SMF是必要的，因为模色散的MMF。在这里，我们提出了一种能够使用可重新编程的多平面光转换方案（MPLC）将MMF与SMF接口的方法。我们证明，只有3相调制是必要的，以实现从30\%到70\%的磁动势的芯直径高达200微米的磁动势到SMF的耦合效率。我们展示了如何获得的耦合效率可以恢复，如果MMF的输出场完全改变，例如，通过强烈的变形的光纤，通过简单的监测领域。此外，我们测试的分辨率的两个基本设备（场重建和MPLC）的耦合效率的影响。我们发现，市售的设备，提高速度和效率，如波前传感器和可变形反射镜，足以建立一个MMF到SMF接口，自动校正任何在kHz制度的去耦。
2022-11-28 physics.optics
Mid-infrared optical parametric amplifier using silicon nanophotonic waveguides
全光信号处理被认为是下一代光通信网络大幅降低功耗和提高性能的一种方法。非线性光学效应，如四波混频（FWM）和参量增益，长期以来一直被探索在玻璃光纤中实现全光功能。另一种方法是采用硅波导的纳米级工程来增强光学非线性高达五个数量级，从而实现集成芯片级全光信号处理。以前，电信波段泵浦的强双光子吸收（TPA）一直是一个基本的和不可避免的障碍，限制了参数增益的值在几dB的顺序。在这里，我们展示了一个硅纳米光子光参量放大器，表现出高达25.4 dB的增益，通过操作泵在中红外近一半的带隙能量（E~0.55eV，λ ~ 2200 nm），在寄生TPA相关的吸收消失。该增益足以补偿所有插入损耗，从而实现13 dB净片外放大。此外，色散工程将增益带宽显著提高到220 nm以上，所有这些都是使用超紧凑的4 mm硅芯片实现的。除了与全光信号处理的显著相关性外，宽带参量增益还有助于通过级联FWM同时生成多个片上中红外光源，覆盖500 nm光谱范围。总之，这些结果提供了一个基础的硅基室温中红外光源，包括可调芯片级参量振荡器，光学频率梳，和超连续谱发生器的建设。
2010-01-10 physics.optics
Alignment-Tolerant Optical Fi-Wi-Fi Bridge Assisted by a Focal Plane Array Beamformer as Air Interface
针对地面自由空间光链路因光机械设置复杂导致成本高的问题，提出基于光纤的焦平面阵列架构，通过空间交换与波长路由波束成形网络结合光子灯笼实现波束成形，可在粗对准后优化信道，实现室外光纤-无线-光纤场景下10 Gb/s/λ无差错传输。
2025-03-21 physics.optics
Surface modes in plasmonic Bragg fibers with negative average permittivity
我们研究了由纳米结构的同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体布拉格光纤中的表面模式。我们表明，表面模式的存在是由等离子体布拉格光纤，$\bar{% \varepsilon}$的空间平均介电常数的符号。具体地，局部表面模式发生在具有$\bar{\varepsilon}<0$的圆柱形芯和最外面的均匀电介质之间的界面处，这类似于在具有相反符号的平均介电常数的两个不同的一维平面金属-电介质晶格之间的界面处的拓扑保护的等离子体表面模式。此外，随着介质-金属环数目的增加，具有不同方位角模数的表面模的传播常数逐渐接近相应平面金属/介质界面处形成的表面等离子体激元的传播常数.等离子体布拉格光纤的这种表面模式的鲁棒性也被证明。
2018-01-20 physics.optics
Quantum Nanophotonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Thin-Film Diamond
Edward L. Ginzton Lab, Stanford University（爱德华·L·金斯顿实验室，斯坦福大学）；Department of Physics, University of California, Santa Barbara（物理系，加州大学圣塔芭芭拉分校）
本文提出一种基于一维光子晶体腔的量子光子接口，用于锡空位中心，实现了高效的光子发射与收集，并确定了其纯化因子和C/D分支比。
2026-03-13 physics.optics quant-ph
A nanodiamonds-engineered optical-fiber plasmonic interface for sensitivity-enhanced biosensing
纳米金刚石具有细胞毒性低、功能多样、荧光可调等优点，在生物医学领域显示出巨大的应用潜力。在这里，我们提出，第一次，我们最好的知识，集成ND的等离子体界面上构建的侧抛光光纤使用滴铸方法。所添加的ND将等离子体界面设计为改善感测场，从而提高灵敏度，此外，灵敏度显著取决于滴铸循环（DC）的数量和ND分散溶液的使用浓度。实验结果表明，适当提高分散体浓度有利于在较少的分散体数量下获得较高的灵敏度，但分散体浓度过高会严重恶化共振凹陷。在实验中，使用最佳的0.2 mg/mL浓度和3个DC，我们实现了最高的RI灵敏度为3582 nm/RIU，与没有NDs修饰的情况相比，其显示出73.8%的增强。以牛血清白蛋白为例，验证了该方法在生物传感中的灵敏度增强作用。通过表征和模拟，探讨了其背后的机制。这项工作为ND开辟了一种新的应用形式，即将ND与等离子体界面集成到高性能生物传感器中。
2022-02-28 physics.optics
Visible dual-comb spectroscopy across more than 100 THz with lithium niobate nanophotonic waveguides
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Université Laval（拉瓦尔大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究提出了一种基于锂铌酸盐波导的高效双梳光谱仪，实现了超过100 THz的可见光宽带高分辨率光谱测量，展示了分子碘的宽波段吸收光谱。
2026-02-06 physics.optics
Interface second harmonic generation enhancement in hetero-bilayer van der Waals nanoantennas
本研究在WS₂/MoS₂异质双层薄膜界面实现二次谐波产生，并通过激子共振与环偶极子条件在天线中增强信号达百倍，展示了范德华材料在非线性纳米光子学中的潜力。
2024-11-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Flat Plasmonic Biosensing Interface on Optical Fiber End-Facet via SPP-MIM Hybridization
本文提出将SPP-MIM杂化超薄膜与等离激元晶体腔集成于单模光纤端面，同时实现高灵敏度与高重复性的生物分子检测，检测限低至30 fM，为光纤端面等离激元生物传感器的工业化应用提供了完整方案。
2024-10-19 physics.optics
A scalable gallium-phosphide-on-diamond spin-photon interface
University of Washington（华盛顿大学）；Humboldt-Universitat zu Berlin（柏林洪堡大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
该研究展示了在可扩展平面平台上实现高合作度的磷化镓-钻石自旋-光子接口，通过强耦合SiV中心和GaP的非线性特性，为量子网络应用提供新方案。
2026-01-08 physics.optics quant-ph
Quantum optics with near lifetime-limited quantum-dot transitions in a nanophotonic waveguide
建立一个高效率的光子-发射极界面，其中本征线宽展宽仅受自发发射的限制，是量子光学中的关键步骤。它为相干光-物质相互作用开辟了一条途径，例如，产生高度不可分辨的光子、少光子光学非线性和光子-发射极量子门。然而，残余增宽机制是普遍存在的，需要加以打击。对于固态发射体，电荷和核自旋噪声是重要的，并且光子纳米结构对加宽的影响尚未澄清。通过共振传输实验，我们给出了嵌入纳米光子波导中的量子点的近寿命极限线宽。结果表明，单光子从量子点的散射可以通过$66 \pm 4 \%$的消光来实现，其消光受量子点与纳米结构的耦合而非线宽展宽的限制.这是通过将量子点嵌入电接触的纳米光子膜中来获得的。为获得更大的单光子消光提供了一条清晰的途径，即，该方法实现了在光频率下操作的固态完全确定性和相干的光子-发射极界面。
2018-02-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Fiber-coupled semiconductor waveguides as an efficient optical interface to a single quantum dipole
本文从理论上研究了单量子偶极子与光纤耦合半导体波导模式的相互作用。通过紧密的模式限制和相位匹配的倏逝波耦合的组合，我们预测，大约70%的偶极子的发射可以被收集到一个单模光纤。计算进一步表明，偶极子强烈修改通过系统的谐振光传输，超过一个数量级的变化可能为适当选择的光纤波导耦合器的几何形状。
2009-09-17 physics.optics quant-ph
Hybrid device for quantum nanophotonics
光子很早就被确定为量子技术应用的非常好的候选者，作为量子信息的载体，无论是通过偏振编码、时间编码还是空间编码。量子密码学、量子通信、量子网络和量子计算是所谓的量子光子学所针对的一些应用。尽管如此，在早期阶段也很清楚，用于处理光的量子态的体光学器件不是这些技术的最佳选择。最近，单光子，纠缠光子和量子光一般已耦合到来自经典光学的集成方法，以满足量子技术的可扩展性，可靠性和效率的要求。在这篇文章中，我们描述了我们最近的进展，使用细长的光学纳米纤维。我们还介绍了我们的最新研究结果的钙钛矿制成的纳米晶体，并讨论了它们的一些量子特性。最后，我们将讨论必要的一般步骤，以便有效地耦合这些纳米发射器与我们的光子平台，基于锥形光学纳米纤维。
2020-01-28 physics.optics quant-ph
1-GHz VIS-to-MIR frequency combs enabled by CMOS-compatible nanophotonic waveguides
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）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanghai University（上海大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
利用低损耗硅氮化物波导实现1 GHz重复率的可见光至中红外自参考频率梳，通过超连续谱生成和第三谐波生成，提供高相干带宽和信噪比，推动超宽带梳源的紧凑化发展。
2026-01-08 physics.optics
Feedback-cooling the fundamental torsional mechanical mode of a tapered optical fiber to 30 mK
该研究利用激光研究锥形光纤纳米纤维腰部的基础扭转机械模式，发现其品质因数高达10^7、Qf乘积达1 THz，并通过主动反馈将热运动从室温冷却至28(7) mK，为新型光纤传感器和混合量子光力学平台奠定基础。
2023-09-19 physics.ins-det physics.optics
Optimal photonic crystal cavities for coupling nanoemitters to photonic integrated circuits
用成熟的半导体技术制造的光子集成电路对于实现可扩展的量子技术具有很大的希望。量子发射器和纳米光子器件之间的有效接口是在硅芯片上实现这种实现的关键构件。这些接口可以实现为具有高品质因数和波长尺度模体积的纳米束光学腔，从而提供纳米级量子发射器和纳米光子电路之间的增强的耦合。实现这样的谐振结构对于可见光波长范围是特别具有挑战性的，其中许多当前考虑的量子发射器工作，并且如果期望与现代半导体纳米制造工艺兼容。在这里，我们表明，光子晶体纳米梁腔的可见光谱可以设计和制造直接在衬底上具有高的品质因数和小的模式体积。我们比较基于确定性和模式匹配方法的设计，并发现后者有利于基板上实现。我们的研究结果铺平了道路，将量子发射器与纳米光子电路应用于量子技术。
2019-09-05 physics.optics quant-ph
Low-loss fiber-to-chip interface for lithium niobate photonic integrated circuits
近年来，集成锂离子光路在高速调制、非线性频率转换和频率梳产生等先进的光子学功能方面有着广阔的应用前景。对于实际应用，具有低光纤到芯片耦合损耗的光学接口是必不可少的。到目前为止，光纤到芯片损耗（通常> 10 dB）主导典型LN光子集成电路的总插入损耗，其中芯片上传播损耗可以低至0.03 - 0.1 dB/cm。在这里，我们实验证明了一个低损耗的模式大小转换器之间的标准透镜光纤和亚微米LN脊形波导的耦合。该耦合器由两个倒锥组成，将脊形波导的小光模转换为LN纳米线的对称导模，具有与锥形光纤相匹配的更大的模面积。光纤-芯片耦合损耗小于1.7dB/面，具有较高的制造公差和可重复性。我们的研究结果为实际集成LN光子电路与光纤的有效接口打开了大门。
2019-02-24 physics.app-ph physics.optics
Micro lensing induced lineshapes in a single mode cold-atom hollow-core fiber interface
我们报告的观察强传输线的形状改变冷原子空芯光纤接口。我们发现，这可能导致一个显着高估的分配共振光学深度高原子密度。通过模拟光束在非均匀色散介质中的传播，我们将观察结果归因于原子系综中的微透镜效应以及原子-光纤界面的模式选择。里德伯EIT线形状的研究证实了这种方法。
2018-05-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Metafiber transforming arbitrarily structured light
本文提出一种超构光纤平台，通过激光纳米打印聚合物超构表面并集成到保偏单模光纤端面，在混合阶庞加莱球上产生任意结构化光，为光纤集成光整形提供新范式。
2023-03-11 physics.optics
Quantum Nonlinear Optics with a Germanium-Vacancy Color Center in a Nanoscale Diamond Waveguide
我们展示了一个量子纳米光子学平台的基础上锗空位（GeV）的色心在光纤耦合金刚石纳米光子波导。我们表明，GeV的光学跃迁具有高的量子效率，并在这样的纳米光子结构的寿命几乎加宽。这些属性产生波导光子和单个GeV之间的有效接口，而无需使用腔或慢光波导。结果，单个GeV中心在单次通过中在谐振时将波导传输减少$18 \pm 1\%$。我们使用纳米光子干涉仪进行零差探测的GeV共振荧光。通过探测输出光场的光子统计，我们证明了GeV波导系统在单光子水平上是非线性的。
2017-06-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Anomalous reflection at the interface of binary synthetic photonic lattices
通过对两个光纤环的光强投影和相位分布的精确调节，在理论上构造了一个具有有效磁场的二元合成光子晶格。通过调节有效波导的相位调制器、波矢和传播常数，可以控制界面的透射率。进一步的光动力学研究表明，当相位分布和波矢满足一定条件时，光脉冲可以实现全反射而无衍射，并在两个光纤环中完全交换光能。该研究为实现光互连和光通信中的光开关提供了一种新的途径。
2021-03-16 physics.optics
Plug-and-play quantum devices with efficient fiber-quantum dot interface
将固态量子发射器嵌入光纤网络中，可以实现量子信息的远距离传输和分布式量子节点的远程连接。然而，将量子发射器与纤维光学对接遇到若干挑战，包括低耦合效率和稳定性。在这里，我们展示了一种高效的光纤接口光子器件，它可以直接将单光子从量子点发射到标准的FC/PC连接器化单模光纤（SMF 28）中。基于孔光栅的优化设计的光子结构产生与单模光纤的小数值孔径相匹配的超窄定向光束。拾放技术选择性地将单个小型化器件集成到光纤的芯中。我们的方法实现了即插即用的单光子器件，不需要任何光学对准，从而保证了长期稳定性。因此，这些结果代表了在光纤网络上实现实用和可靠的量子光的重要一步。
2022-02-26 physics.optics quant-ph
Composite picosecond control of atomic state through a nanofiber interface
针对纳米光子器件中光-原子耦合不均匀的问题，提出复合皮秒光脉冲方法，实现高保真度原子态控制，并通过实验验证，支持高精度局部原子控制。
2023-05-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Coupling quantum emitters in 2D materials with tapered fibers
在单个芯片上实现集成光子电路需要控制操作和集成固态量子发射器与纳米光子组件。以前的工作集中在嵌入三维晶体的发射器上--比如纳米金刚石或量子点。相比之下，在这项工作中，我们证明了一个单一的发射器在二维（2D）材料，即六方氮化硼（hBN），与锥形光纤的耦合，并发现收集效率的系统被发现是10%。此外，由于单偶极子特性的发射器，我们能够通过后焦平面成像分析耦合系统的角发射模式。与锥形光纤的良好耦合效率甚至允许以完全光纤耦合的方式进行激发和检测，从而产生真正的集成系统。我们的研究结果提供了证据的可行性，有效地集成在二维材料的光子结构的量子发射器。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-efficiency fiber-to-chip interface for aluminum nitride quantum photonics
近年来，集成非线性光子电路得到了迅速发展，通过腔增强光子-光子相互作用为经典和量子应用提供了全光功能。高效的光纤到芯片接口是将这些集成光子电路用于量子信息任务的关键，因为光子损耗是削弱量子协议的主要来源。在这里，克服材料和薄膜氮化铝的制造限制，通过采用一个逐步的波导方案，我们展示了低损耗绝热光纤耦合器的氮化铝薄膜具有相当大的厚度（600 nm），优化非线性光子相互作用。对于电信（1550 nm）和近可见（780 nm）横向磁偏振光，光纤耦合器的插入损耗分别为-0.97 dB和-2.6 dB。我们的研究结果将有助于使用氮化铝集成光子电路作为有效的量子资源在微芯片上产生纠缠光子和压缩光。
2020-02-01 physics.app-ph physics.optics
Direct laser-written optomechanical membranes in fiber Fabry-Perot cavities
本文在光纤法布里-珀罗腔内实现三维激光写入聚合物薄膜的腔光机械耦合，获得约30 kHz真空耦合，并展示低温下超线宽的光机械弹簧调谐及可扩展集成平台。
2024-01-23 physics.optics quant-ph
Feedback-assisted Femtosecond Pulsed Laser Ablation of Non-Planar Metal Surfaces: Fabrication of Optical Apertures on Tapered Fibers for Optical Neural Interfaces
我们提出了一种反馈辅助的激光直写方法来进行纤维光学器件的激光烧蚀，其中它们的光收集信号被用来优化它们的性能。飞秒脉冲激光束被用来烧蚀沉积在锥形光纤周围的金属涂层，用于显示该方法对具有小曲率半径的图案化器件的适用性。在处理过程中，相同的脉冲在周围环境中产生双光子荧光，并且监测信号以通过光谱分析来识别随时间的不同图案化方案。所采用的飞秒光束主要与金属涂层相互作用，留下几乎完整的底层二氧化硅，并使荧光耦合到一个特定的子集的导模，验证了远场分析。虽然这里描述的方法用于锥形光纤，用于获得有效的光收集在光学神经接口领域，它可以很容易地扩展到其他基于波导的设备，并代表了一种通用的方法，以支持实现闭环激光烧蚀系统的纤维光学。
2020-04-20 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear Laser-Induced Deformations of Liquid-Liquid Interfaces: an Optical Fiber Model
实验证明，如果系统接近表面张力变小的临界点，连续激光对液-液界面的辐射力能够产生巨大的变形（高达约100μm）。我们提出了一个新的模型，这样的指状变形，这意味着该系统被描述为一个光纤。引入这种模型的一个原因是，在现代实验中，如波尔多小组的实验中，折射率差很小，与光学中实际纤维的折射率差在同一数量级。因此，采用从光纤理论已知的混合HE_{11}模式作为液体系统的基本模式是自然的。我们展示了流体动力学和辐射力之间的平衡如何导致液柱的稳定平衡点。此外，我们还计算了柱半径随深度增加而变窄的情况。与波尔多组的实验结果比较，得到相当令人满意的协议，至于列的宽度。
2008-11-06 physics.flu-dyn physics.optics
