Photonic stopband and reflectance asymmetry from thickness gradient in opals
该研究结合SEM与角分辨透射光谱，揭示EISA蛋白石中厚度梯度引起的结构有序度退化如何削弱PBG并造成反射不对称。
2023-12-12 physics.app-ph physics.optics
Engineering photonic crystal slab modes for strong exciton-photon coupling and polariton dispersion control
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）；Osipyan Institute of Solid State Physics RAS（俄罗斯科学院奥西皮扬固体物理研究所）
该研究数值模拟了周期倍增Si3N4光子晶体与MoSe2单层的混合结构，通过hBN厚度调谐将拉比分裂增强至8.5 meV，并控制极化激元色散，为强耦合平台提供新方案。
2026-10-02 physics.optics
Transparent photonic band in metallodielectric nanostructures
在一定条件下，可以将透明光子带设计成一维金属-电介质纳米薄膜结构。与光子晶体中的常规通带不同，其中结构的有限厚度影响具有通带内频率的电磁场的透射，透明带的性质几乎不受结构的有限厚度的影响。换句话说，在透明带内的频率处的入射场表现出100%的透射，而与结构的周期数无关。透明光子带对应于在具有镜像对称性的结构中的整个布洛赫带中的纯本征态模式的激发。讨论了产生这些模式的条件，从而导致一个完全透明的带现象。
2005-07-20 physics.optics
Perfect light trapping in nanoscale thickness semiconductor films with resonant back reflector and spectrum-splitting structures
基于光干涉效应和分光结构理论研究了陷光结构上纳米厚度半导体薄膜的光吸收特性。在一维光子晶体或金属膜上的$<100$ nm厚的膜中可以实现宽光谱范围内的几乎完美的吸收。这种现象可以归因于干涉诱导的光子局域化，这增强了薄膜的吸收并降低了反射。将楔形间隔层或半导体薄膜的陷光结构与分光结构相结合，可以实现理想的太阳能吸收和较低的载流子热化损耗。
2014-10-08 physics.optics
Tailoring the Thickness-Dependent Optical Properties of Conducting Nitrides and Oxides for Epsilon-Near-Zero-Enhanced Photonic Applications
新兴的光子材料-导电氮化物和氧化物-的独特性质，特别是它们的可定制性，大的损伤阈值，以及所谓的ε近零（ENZ）行为，使新的光子现象跨越光学电路，可调超颖表面和非线性光学器件。这项工作探讨了直接控制的多晶氮化钛（TiN）和铝掺杂氧化锌（AZO）的光学性能，通过定制的薄膜厚度，和他们的潜力ENZ增强的光子应用。我们表明，氮化钛AZO双层作为Ferrell Berreman超颖表面厚度可剪裁的ε近零共振的AZO薄膜中操作的电信波长从1470到1750 nm。双层堆叠也充当强光吸收器在紫外线制度采用辐射ENZ模式和法布里-珀罗模式的组成TiN膜。所研究的Berreman超颖表面表现出15%的光致反射调制与皮秒响应时间。结合导电氧化物和氮化物的光学响应可定制性，利用可调谐ENZ区域附近的场增强可以实现广泛的非线性光学现象，包括全光开关，时间折射和高次谐波产生。
2022-03-26 physics.app-ph physics.optics
Extraordinary wavelength reduction in terahertz graphene-cladded photonic crystal slabs
光子晶体板由于其结构周期性而具有光限域、色散工程、非线性增强等特殊功能，在纳米光子学领域有着广泛的应用。亚微米器件尺寸和模体积对于硅基光子晶体板是常规的，然而在光谱上它们限于在近红外中操作。在这里，我们表明，两个单层石墨烯片允许硅光子晶体板与亚微米周期性操作在太赫兹制度，具有极端的100倍波长减少和出色的面外限制。石墨烯包覆的光子晶体板表现出与理想的二维光子晶体的能带结构非常相似的能带结构，即使当板厚度接近零时也具有宽的二维光子带隙。整个光子能带结构不仅与石墨烯费米能级成比例，而且更重要的是，随着板厚度的减小而缩放到较低的频率。就像理想的二维光子晶体一样，石墨烯包覆的光子晶体板沿着线缺陷限制光，形成传播长度为数十个晶格常数的波导。所提出的结构开辟了可能性，大大减少太赫兹光子系统的大小的数量级。
2015-09-01 physics.optics
Periodic transmission peaks in non-periodic disordered one-dimensional photonic structures
更好地理解器件结构的光学特性对于实现新的光学和光电子器件至关重要，该器件结构的特征在于在与光的波长相当的长度尺度上具有不同介电特性的材料的随机布置。在这里，我们研究了由两种和三种不同材料制成的无序光子结构的光传输，其特征在于具有相同的光学厚度。在它们的透射光谱中，明显形成了透射率高达75%的峰。这种峰的光谱位置非常规则，这是所有层具有相同光学厚度的约束的结果。这就产生了多种应用，如新型的带通滤波器和分布反馈激光器的谐振器。
2015-01-02 physics.optics
Plasma Etch Process Optimization for Photonic-Grade Diamond-on-Insulator Substrates and Thickness Evaluation using Colorimetry
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；QuTech, Delft University of Technology（QuTech，代尔夫特理工大学）
开发了一种ICP-RIE等离子体刻蚀配方，用于制备大面积薄膜金刚石-绝缘体衬底，并提出了基于色度学的厚度评估方法，实现了5 nm分辨率的自动厚度推断。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient light-trapping in ultrathin GaAs solar cells using quasi-random photonic crystals
超薄太阳能电池减少了材料的使用，并允许使用质量较低的材料，这要归功于它们的厚度比传统电池小一个数量级。然而，需要有效的光子光捕获来有效地收集入射光，否则吸收体厚度不足。准随机光子晶体被预测具有高效率的光捕获，同时在角度和厚度变化下比简单的光子晶体更鲁棒。在这里，我们实验证明了光捕获的解决方案的基础上，准随机光子晶体制造的聚合物共混光刻。我们通过改变旋涂速度来控制平均晶格参数。我们展示了一个260 nm的GaAs电池的背面准随机图案与亚微米的功能，和Jsc =26.4 mA/cm 2和效率为22.35%的全球太阳光谱下。
2022-02-07 physics.app-ph physics.optics
Thermal emission by photonic micro-textured surfaces
普通的金属光子晶体（PC）具有光子带隙，其中态密度（DOS）被强烈地改变。光子的热发射可以相应地被抑制和增强。研究了厚度可调的金属光子晶体平板的热发射特性，其厚度极限接近于光子晶体，厚度极限接近于织构表面.我们发现，厚光子晶体抑制在特定范围内的发射，而薄板抑制低频发射。
2005-05-24 physics.optics
PBG properties of three-component 2D photonic crystals
本文从理论上分析了在二维光子晶体中引入第三组分对光子能带结构和态密度的影响。我们考虑在介质中的圆柱形空气棒的周期性阵列，和第三介质被引入作为空气孔和电介质背景之间的环形中间层。利用平面波方法计算了二维三角晶格光子晶体的能带结构。分析了TE和TM带隙宽度和带隙边缘位置与层间介电常数和层间厚度的关系。在这种方法的框架下，我们估计了表面氧化层对大孔硅的能带结构的影响。我们观察到间隙边缘向更高或更低频率的偏移，具体取决于层间厚度和介电常数。我们已经表明，一个原生的氧化物表面层的存在，应考虑到了解二维光子晶体的光学性质，特别是在大孔硅结构。
2008-10-16 physics.optics
Thickness-dependence of Linear and Nonlinear Optical Properties of Multilayer 3R-MoS2
针对3R-MoS₂厚度相关光学特性缺乏系统研究的问题，提出基于反射率的无损厚度检测方法，揭示其谐波产生的厚度依赖规律，为相关光子技术应用提供计量方法与理论支撑。
2025-11-19 physics.optics
Reflectivity of Finite 3D GaAs Photonic Band Gap Crystals
研究了三维光子带隙晶体的光学反射率随厚度的变化规律。这些晶体由具有纳米棒阵列的GaAs板组成，这些纳米棒阵列通过先进的堆叠方法组装成高质量的3D木堆结构。我们观察到强烈的和广泛的反射率峰值与阻带，对应于一个宽的光子能带结构的差距。最大反射率迅速达到高值，即使是几个晶体层。值得注意的是，阻带的带宽几乎没有随着晶体厚度的增加而减小，与FDTD模拟结果吻合良好。这种行为与之前在弱相互作用的3D光子晶体中观察到的大的变化显著不同。几乎恒定的带宽和高反射率通过在强相互作用的光子带隙晶体中发生的多个布拉格干涉来合理化，由此入射光同时从多个倒易晶格矢量散射，特别是从平行于较长晶体尺寸的倾斜晶格矢量散射，因此几乎不经历任何有限尺寸效应。我们的新见解对3D光子带隙晶体的应用产生了有利的影响，特别是因为即使是薄的结构也能显示完整的带隙功能，包括保护量子比特免受真空波动影响的设备。
2020-01-17 physics.optics
Physics of Chiral Photonic Crystals with Defect
本文研究了具有各向同性缺陷的胆甾相液晶的缺陷模特性、光子态密度、Q因子和发光特性。分析了缺陷层的厚度、缺陷层的位置、系统的整体厚度以及介质边界对缺陷模特性的影响。
2017-03-22 physics.optics
Ultracompact programmable silicon photonics using layers of low-loss phase-change material Sb$_2$Se$_3$ of increasing thickness
本研究利用厚度达100 nm的Sb$_2$Se$_3$相变材料层实现硅波导直写数字图案化，显著增强每像素调谐效果，将马赫-曾德尔干涉仪调制长度缩减至5 μm，并将MMI编程像素降至10以下，为超紧凑可编程光子电路奠定基础。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Robustness of One-Dimensional Photonic Bandgaps Under Random Variations of Geometrical Parameters
利用超原胞方法研究了一维光子晶体中光子带隙随层厚随机扰动的变化。给出了平面波和解析能带结构和态密度的计算结果以及随随机度和超原胞尺寸增加的透射系数。研究发现，随着随机性的逐渐增加，高带隙首先消失。最低的带隙被发现持续到55%的随机性水平。
2005-06-01 physics.optics
Twist Defect in Chiral Photonic Structures
我们证明，扭转一部分的手征光子结构的螺旋轴周围产生一个单一的圆偏振本地化模式，引起传播中的异常交叉。直到交叉厚度，该缺陷导致透射峰值和具有与结构相同的旋向的圆偏振波的线宽的指数缩放。然而，在交叉点以上，线宽饱和，缺陷模只能被相反极化的波激发，导致反射峰而不是透射峰。
2002-10-18 physics.optics
Miniaturization of photonic waveguides by the use of left-handed materials
我们提出在光波导结构中使用左手材料以将其厚度减小到远低于光的波长。我们证明，左手材料层，添加到一个平面波导的包层，而不是其核心，允许良好的光限制在亚波长薄波导。我们将观察到的行为归因于波导中电磁波相位演化的变化。该技术可用于光子集成电路的小型化。
2010-10-14 physics.optics
Diffraction anomalies in hybrid structures based on chalcogenide-coated opal photonic crystals
衍射异常（所谓的共振伍德异常）的光谱研究的结果在空间周期性的混合结构的基础上halcogenide（GST 225）涂层蛋白石膜的各种厚度。利用波导表面层有效折射率的概念，从唯象的角度对Wood反常的光谱-角度依赖性进行了理论分析。
2013-06-13 physics.optics
Twisted split-ring-resonator photonic metamaterial with huge optical activity
耦合开口环谐振器超材料先前已被证明具有大的耦合效应，这是获得大的有效光学活性的先决条件。通过适当的横向排列，我们完全消除了线性双折射，获得了纯旋光性和相关的圆光学二向色性。在100太赫兹频率附近的实验和相应的建模是在良好的协议。对于厚度为205nm的样品，得到了约30度的旋转角。
2010-01-25 physics.optics
Quantum effect of one-dimensional photonic crystal
本文用量子理论方法研究了一维光子晶体在有缺陷层和无缺陷层情况下的量子传输特性，并将经典和量子理论的计算结果进行了比较。我们在一维光子晶体中发现了一些新的量子效应。当入射角为$θ=0$时，不存在量子效应。当入射角为$θ\neq0$时，发现随着入射角的增大，存在明显的量子效应。在入射角为$θ\neq0$时，随着介质$B$或$A$的厚度和折射率的变化，也存在量子效应。我们认为光子晶体的新量子效应将有助于我们设计光学器件。
2015-08-17 physics.optics
Photonic heterostructures with Levy-type disorder: statistics of coherent transmission
本文研究了一维光子异质结构中电磁波的传输问题，该光子异质结构的随机层厚度服从长尾分布--Lévy型分布。基于最近对一维Lévy型无序相干输运的预言，我们用数值方法证明了：对于长度为$L$的系统，（i）对于$0<α<1$，平均$<-\ln T> \propto L^α$，而对于$1\leα<2$，平均$<-\ln T> \propto L$，$α$是层厚几率分布的幂律衰减指数;以及（ii）透射分布$P(T)$与电磁波的入射角和频率无关，但它完全由$α$和$<\ln T>$的值决定。
2012-03-06 cond-mat.dis-nn physics.optics
SmartCut Er:LiNbO3 with high optical coherence enabling optical thickness control
能够结合具有高光学相干性的稀土离子的集成光子学对于实现高效量子换能器、紧凑量子存储器和混合量子系统是期望的。本文描述了一种基于SmartCut掺铒锂离子薄膜的光子学平台，并在稀释制冷机中研究了其在电信波长处的稳定光跃迁。在光脊波导和环形谐振腔中，获得了高达180 μ $μ$ s的光学相干时间，可与体晶体相媲美。有了这个集成平台，我们展示了可调谐的光离子相互作用和灵活的控制光学厚度，通过利用长波导，其长度在原则上是可变的。这种使用低浓度离子获得高光密度的独特能力进一步导致在厘米长的波导中观察到多回波脉冲串。我们的研究结果为稀土离子的量子信息处理提供了一个很有前途的光子平台。
2022-06-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Compact photonic-crystal superabsorbers from strongly absorbing media
我们提出了一种接近完美的吸收紧凑的光子晶体（PC）的结构构造的强吸收介质，通常是高反射的散装形式。我们的分析表明，在这样的PC超吸收器的关键潜在机制是存在的PC带边反射的条件。虽然后者在光子晶体中是默认不典型的，但我们在这里提出了一个明确的配方，说明如何通过调整一维有耗PC结构的结构特性来满足这种条件。在此基础上，我们构建了一个可实现的三层SiC-BaF_2-SiC PC在SiC的Reststrahlen带内工作。我们在总厚度小于λ/3的原型中展示了近乎完美的吸收，其中超过90%的入射光被厚度为λ/1100的顶部深亚波长层吸收。我们相信，我们的研究将激发新的光子晶体为基础的设计极端吸收利用整个电磁波谱。
2020-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-Intensity and Uniform Red-Green-Blue Triple Reflective Bands Achieved by Rationally-Designed Ultrathin Heterostructure Photonic Crystals
材料结构与反射光谱图案之间的关系是光子晶体的重要性质。一个特别有趣的反射率分布是高强度和均匀的三峰图案，其峰值位置正好位于红色、绿色和蓝色（RGB，三种原始颜色）区域。为了便于构造，寻求使用一维光子晶体来实现RGB三重反射带是一个有意义的努力。以前的研究非常有限，都依赖于传统的周期性光子晶体（PPC）和大厚度。基本的物理原理仍然难以捉摸，留下了实现RGB波段的厚度限制问题。在这里，我们提出了第一个详细的工作，探讨厚度限制问题的理论和实验研究的基础上。一组推导出的设计原则被用来揭示的平移对称性的破坏，从而引入异质结构光子晶体（HPC），是必不可少的，以减少总光程差（OPD）到~ 3200 nm（理论极限），同时仍然表现出高品质的RGB波段。基于12层异质结结构进行了系统的实验，很好地证实了理论预测。利用三峰效应实现了量子点的荧光增强现象。此外，HPC对溶剂刺激表现出异常的稳定性，与PPC中报道的典型行为形成强烈对比。我们的工作第一次提出并验证了重要的合理规则设计的RGB反射带的光子晶体，并提供了更广泛的探索光子晶体中的光操纵的见解。
2021-11-05 physics.app-ph physics.optics
The Influence of Absorption and Gain on Photonic Density of States
计算了胆甾相液晶（CLC）盒中本征偏振态的光子态密度（PDS）。使用了有限厚度CLC层的反射矩阵和透射矩阵的精确解析表达式。我们得到了PDS的依赖关系的参数表征吸收和增益，以及CLC细胞的厚度，CLC局部介电各向异性和折射率的CLC层周围。研究了PDS与介质中积累的光能密度之间联系的可能性，结果表明，这些特性具有相似的光谱，此外，问题参数对这些特性的影响也是相似的。我们已经表明，CLC层周围的折射率的减小导致最大PDS的急剧增加，因此，导致激光激发阈值的急剧减小。研究了填充CLC平面层的法布里-珀罗谐振腔的PDS对衬底折射率的依赖关系。结果表明，该系统可以作为低阈值激光器或多位置触发器工作。
2018-07-24 physics.optics
Defected photonic crystal-based sensor with enhanced performance
提出了一种基于缺陷层（DL）的光子晶体（PC）光学生物传感器的改进结构，该结构可以通过缺陷模（DM）位移检测水中SARS-CoV-2的浓度。我们研究了4种类型的有缺陷的PC与不同的安排层内的完美的PC和它们对传感器的性能的影响。检查DM的灵敏度和振幅作为DL厚度的函数。此外，在DL的存在下的边缘模式的特性进行了研究。最后，我们得到了一个特征方程，以确定DM的波长为任意一个一维PC与各向同性的内部缺陷。
2022-08-09 physics.optics
Mapping the optical properties of slab-type two-dimensional photonic crystal waveguides
我们报告了系统的实验映射的传输特性的二维绝缘体上硅光子晶体波导的一个广泛的范围内的孔半径，板厚度和波导长度的TE和TM偏振。大量的光谱特征的详细分析允许直接比较的实验数据与三维平面波和时域有限差分计算。我们发现，反直觉，低损耗传播的带宽完全消失的结构参数的光子带隙最大化。我们的结果表明，为了最大限度地提高低损耗波导的带宽，孔半径必须显着减小。当光子带隙显著变窄时，PhC波导中的低损耗传播带宽增加到125 nm，损耗低至8 $\pm$ 2dB/cm。
2005-04-19 physics.optics
Topological Protection in Disordered Photonic Multilayers and Transmission Lines
Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型是具有非平凡拓扑的格的最简单的例子。它支持中隙拓扑保护态，其能量不受无序的影响。我们表明，光子多层结构提供了一个精确的实施SSH晶格，提供每一层具有相同的传播厚度。由此可见，传统半导体微腔中的腔模式是受保护的SSH中间带隙状态。我们证明了这一点，在一个数学上等效的系统，一个射频传输线的同轴电缆的高阻抗和低阻抗的部分使用受控的障碍实验。我们还从理论上表明，传输线连接形成网络映射到拓扑有趣的晶格在更高的维度。
2021-02-06 physics.optics
Periodic transmission peak splitting in one dimensional disordered photonic structures
在本论文中，我们提出了调制的方法，在无序的一维光子结构中产生的周期性透射峰数百层。无序结构，其中的光学长度nd（n是折射率和d的层厚度）是相同的每一层在其透射光谱中显示出规则的峰值。适当改变各层的光学长度会导致透射峰分裂。值得注意的是，高折射率层和低折射率层出现的变化提供了一种调整峰宽度的工具。这些结果是最感兴趣的光学应用，如滤光，其中的参数的歧管允许一个精确的设计的光谱传输范围。
2016-02-16 physics.optics
Comparing omnidirectional reflection from periodic and quasiperiodic one-dimensional photonic crystals
我们确定的范围内的厚度和折射率的全向反射从准周期多层膜发生。通过诉诸的概念下的透射率曲线的面积，我们评估在一个系统的方式不同的准周期斐波那契多层膜的性能。
2005-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic Origami of Silica on a Silicon Chip with Microresonators and Concave Mirrors
本文提出一种激光诱导表面张力驱动的片上二氧化硅折纸技术，以20纳米对准精度将超光滑平面光子器件折叠成三维结构，实现高品质微谐振器和凹面微镜，为三维光电机械电路提供了新途径。
2025-07-06 physics.optics
Loss and Coupling Tuning via Heterogeneous Integration of MoS2 Layers in Silicon Photonics
层状二维（2D）材料提供了广泛的独特性能相比，他们的散装对应，使他们成为理想的异构集成芯片上的互连。因此，详细了解Si集成平台上的损耗和折射率变化是光电器件进步的先决条件，这些光电器件将影响光通信技术、信号处理和可能的光子计算。在这里，我们提出了一个实验指南来表征过渡金属二硫属化物（TMD），一旦单片集成到硅光子平台在1.55 μ m波长。我们描述了被动可调谐耦合效应的谐振器在作为二维材料层覆盖长度和厚度的函数引起的损失。此外，我们展示了一个基于TMD环的混合平台作为折射率传感器，其中共振位移已被映射为薄片厚度的函数，这与我们的模拟数据很好地相关。这些在无源TMD-Si混合平台上的实验结果通过控制损耗和折射率的有效变化开辟了一个新的维度，这可能导致基于二维材料的有源片上光子学的潜在应用。
2018-10-25 physics.app-ph physics.optics
Optimization of wide-band quasi-omnidirectional 1-D photonic structures
我们已经设计，优化，制造和表征高反射准全向（角度范围$0-60^\circ$）多层结构具有较宽的光谱范围。两种技术，啁啾（厚度的连续变化）和布拉格型子结构的堆叠，已被用来提高反射率与最小厚度为一对给定的折射率。采用传输矩阵法进行了数值计算，我们优化的设计参数，以获得最大的反射率平均在不同的光谱范围内的所有角度。我们制作了一些优化的结构与多孔硅介质多层膜具有低折射率对比度，并比较其测量的光学性质与计算。两个啁啾结构的厚度为21.6 $μ$ m和60.4 $μ$ m，导致准全向反射镜的带宽为360 nm和1800 nm，中心分别在1160 nm和1925 nm已被示出。此外，我们制作了一个堆叠的子布拉格反射镜结构的准全向带宽为1800 nm（中心在1850 nm）和厚度为41.5 $μ$ m，这是几乎三分之二（厚度）的啁啾结构。因此，我们的技术使我们能够获得相对较薄的准全向反射镜，在不同的波长范围内的宽带。我们的分析技术可以用于优化的反射率不仅在多层PS系统具有不同的折射率对比度，但也与其他类型的材料具有低折射率对比度的系统。本研究也可能是有用的，用于获得全向介质镜在大的光谱区域使用不同的材料，平面聚焦反射器，热调节器，或者，如果包括缺陷，作为过滤器或远程化学/生物传感器具有广泛的角度独立的响应。
2021-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Simultaneous control of spectral and directional emissivity with gradient epsilon-near-zero InAs photonic structures
控制发射的热辐射的光谱带宽和方向范围是现代光子学和材料研究中的基本挑战。最近的工作表明，在其近零响应中具有空间梯度的材料可以在其发射率中支持广谱方向性，从而实现特定入射角的高辐射率。然而，这种能力已经受到限制，光谱和方向的材料支持声子极化激元共振在长波红外波长的可用性。在这里，我们设计和实验证明了一种方法，使用掺杂的III-V族半导体，可以同时定制光谱峰值，带宽和方向性的红外发射率。我们外延生长和表征InAs为基础的梯度ENZ光子结构，表现出不同的光谱带宽和峰值方向作为其掺杂浓度分布和厚度的函数的宽带定向发射。由于其易于制造的几何形状，我们相信这种方法提供了一个多功能的光子平台，动态控制宽带光谱和定向发射率的一系列新兴应用。
2022-12-16 physics.optics
Momentum-resolved reflectivity of a 2D photonic crystal in the near-infrared
University of Twente（特温特大学）
本研究通过动量分辨反射率测量验证了二维光子晶体的能带结构，实现了理论与实验的高效对接，并为其他二维结构的研究提供了技术基础。
2025-10-29 physics.optics
Machine learning based compact photonic structure design for strong light confinement
TED University（TED大学）；TOBB University of Economics and Technology（TOBB经济与技术大学）
提出了一种基于机器学习的光子结构设计方法。特别是，我们专注于强光限制，允许设计一个有效的自由空间到波导耦合器，这是由硅板覆盖在二氧化硅衬底的顶部。学习算法是使用按位平方Si单元实现的，并且整个优化的器件具有$\boldsymbol{2 \, μm \times 1\, μm}$的占用空间，这是有史以来数值实现的最小尺寸。为了研究硅板厚度对优化后的光子晶体结构的亚波长聚焦和强耦合特性的影响，进行了三维时域数值计算。计算了板厚为$\boldsymbol{280nm}$时半高宽和耦合效率的最佳值分别为$\boldsymbol{0.158 λ}$和$\boldsymbol{-1.87\,dB}$。与传统的对应物相比，优化的透镜和耦合器设计易于通过光刻技术制造，非常紧凑，并且可以在电信波长下工作。所提出的研究结果表明，机器学习可以在各种潜在的应用，如偏振分割，光束操纵和光学互连的有效光子设计是有益的。
2017-01-31 cs.LG physics.optics
A General Machine Learning-based Approach for Inverse Design of One-dimensional Photonic Crystals Toward Targeted Visible Light Reflection Spectrum
数据驱动方法作为一种廉价而有效的反求设计方法，越来越多地应用于光学系统的开发。光学性质（例如，光子晶体（PC）的带隙特性）与它们的光反射光谱特性密切相关。因此，寻找最佳的PC结构（在一个预先指定的参数空间内），产生最接近目标光谱的反射光谱是一个有趣的和有意义的逆设计问题，虽然相关的研究仍然有限。在这里，我们报告了一个普遍有效的基于机器学习的逆设计方法的一维光子晶体（1DPC），专注于可见光光谱，这是高度的实际意义。对于给定的一类1DPC系统，统一结构中的深度神经网络（DNN）首先在来自相当大的前向计算（从层厚度到光谱）的数据上进行训练。然后，基于DNN向后预测（从光谱到层厚度）、向前计算和Monte Carlo移动的相干集成，开发了迭代优化方案。我们采用这种新的方法，四个代表性的1DPC系统，包括周期性结构与两个，三个，四层重复单元和异质结构。该方法成功地收敛到各种目标光谱的最佳1DPC结构的解决方案，而不管它们的精确可重构性。作为两个示范性的例子，逆设计朝向一个特殊构造的“矩形”绿光或红光反射光谱的详细介绍和讨论。值得注意的是，结果表明，该方法可以有效地找出最佳层厚度，即使它们远远超出DNN原始训练数据覆盖的范围。
2021-09-30 physics.comp-ph physics.optics
Ultrafast optical switching of three-dimensional Si inverse opal photonic band gap crystals
我们提出了超快光开关的三维光子带隙晶体的实验。通过双光子过程光学激发自由载流子来实现Si反蛋白石的切换。我们探测反射率在二阶布拉格衍射的频率范围内的光子带隙的预测。我们发现良好的实验切换条件之间的0.3和0.7倍的光学频率的自由载流子等离子体频率：我们因此观察到一个大的频率偏移高达D Ω/Ω = 1.5%的所有光谱特征，包括对应于光子带隙的峰值。我们推导出相应的大的折射率变化Dn '_Si/n'_Si= 2.0%和诱导吸收长度大于样品厚度。我们观察到一个快速的衰减时间为21 ps，这意味着开关可能会重复GHz的速率。这种高开关速率与未来的开关和调制应用有关。
2007-09-19 physics.optics
Unambiguous determination of optical constants and thickness of ultrathin films by using optical anisotropic substrates
本文利用各向异性衬底在椭圆偏振测量中解耦 n、k、d 耦合，实现厚度低于 1 纳米超薄膜光学常数与厚度的同时高精度确定，并证明其广泛适用性。
2025-02-28 physics.optics
Vanadium oxide metal-insulator phase transition in different types of one-dimensional photonic microcavities
二氧化钒（$VO_2$）的光学性质可以通过金属-绝缘体转变来调节。在这项工作中，不同类型的一维光子结构为基础的微腔，嵌入二氧化钒已在900 nm和2000 nm之间的光谱范围内进行了研究。特别地，$VO_2$被夹在：i）由$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个光子晶体; ii）由遵循Thue-Morse序列的$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个非周期性结构; iii）由$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个无序光子结构，其中通过两种材料的随机序列或通过层厚度的随机变化引入无序; iv）由$SiO_2$、$Al_2O_3$、$Y_2O_3$和$ZrO_2$制成的两个基于四种材料的光子晶体。有序结构I和IV分别示出了具有缺陷模式的一个和两个强烈的透射谷，而非周期性和无序结构II和III示出了由于其复杂的分层配置而导致的多个透射谷。由温度控制的$VO_2$的金属-绝缘体转变导致微腔的光学性质的调制。
2022-08-29 physics.optics
Dual-polarization huge photonic spin Hall shift and deep-subwavelength sensing based on topological singularities in one-dimensional photonic crystals
本文揭示一维光子晶体深亚波长区域中有效介质理论因拓扑奇点而失效，发现拓扑奇点附近可实现s/p双偏振巨光子自旋霍尔位移，并据此提出深亚波长双偏振传感及多通道宽带自旋光学器件设计方法。
2024-02-20 physics.optics
Modal formulation for diffraction by absorbing photonic crystal slabs
基于有限元法建立了光伏应用中平面波在任意几何形状的吸收光子晶体平板上衍射的模式方程。半解析法可以有效和准确地计算具有复杂单元的阵列的吸收。这种方法提供了直接的物理洞察吸收机制，在这样的结构，这可以用来提高吸收。将该方法应用于硅纳米线阵列，验证了该方法的有效性和准确性。该方法非常适合于研究光谱特性（例如，吸收）随阵列的厚度而变化，并且我们用可以识别最佳几何形状的有效计算来证明这一点。
2015-11-24 physics.optics
Reflectance measurement of two-dimensional photonic crystal nanocavities with embedded quantum dots
利用光致发光和反射光谱测量了二维光子晶体平板纳米腔中InAs量子点的光谱。通过比较两种不同方法得到的光谱，发现它们与纳米腔的谐振波长一致，并且表明反射法可以同时测量有源和无源腔。用交叉偏振反射法测量了谐振波长在1280 ~ 1620 nm范围内的纳米腔的Q值。实验上，Q因子对于较长的波长减小，并且在共振时由纳米腔反射的强度在1370 nm附近变得最小。的Q-因子的趋势解释的板厚度相对于谐振波长的变化，显示出良好的理论和实验之间的协议。共振时纳米腔反射强度的趋势可以理解为源自PC板和下面的空气包层厚度的影响。除了三维时域有限差分计算，引入了一个分析模型，该模型能够再现实验中观察到的反射强度的波长依赖性。
2010-08-13 physics.optics quant-ph
Propagation of light through amplifying honeycomb photonic lattice
我们考虑光通过弹道放大光子蜂窝晶格低于激光阈值的传播。该系统的两个子晶格由具有不同复介电常数的波导构成，从而得到电磁场的非厄米狄拉克方程。我们揭示了存在一个临界长度的放大区，光子晶格表现出放大器到发生器的过渡。在系统的临界长度处，垂直入射角处的透射和反射概率大大增强。我们还讨论了放大对入射光方向和放大区厚度的敏感性。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Pumping Through a Localized Bulk in a Photonic Hofstadter System
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Amherst College（阿默斯特学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；RPTU University Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道莱布尼茨技术大学）
本文通过光子霍夫曼-阿夫鲁-安德烈模型研究强无序与鲁棒拓扑输运的相互作用，利用多层光子晶体实现霍夫曼蝴蝶图和手性边态，并通过数值模拟和实验验证了准周期调制诱导的波长选择性局域化转变。
2026-03-24 physics.optics
Multiple optical frequency-conversions in few-layer GaSe assisted by a photonic crystal cavity
虽然二维材料具有令人感兴趣的二阶非线性系数和电学可调谐性，但由于光耦合效率低和无法实现相位匹配，它们的原子层厚度阻碍了除二次谐波产生（SHG）之外的其他光学频率转换（OFC）的探索。我们报道了通过谐振泵浦集成了少层GaSe的光子晶体腔，即使使用微瓦级连续波泵浦，也可以在GaSe中实现多个二阶非线性过程，包括SHG、和频产生（SFG）、级联SFG及其诱导的三次谐波产生。这些OFC产生于显著的腔增强。SHG过程的增强因子估计超过1，300。级联的SFG具有与SHG相同的强度。据我们所知，这是第一次在二维材料中观察到级联的二阶非线性过程。这种腔辅助的OFC可以为研究二维材料中的确定性OFC提供一种低泵浦功率的视角，并将其光电应用扩展到非线性区域。
2018-08-14 physics.optics
Large-area, freestanding single-crystal gold of single nanometer thickness
本文通过原子级精度化学蚀刻制备了大面积单晶二维金，展现出量子限域增强光学非线性等优异性能，并演示了高品质因子近红外等离激元共振，为超薄光电子与量子器件提供了新平台。
2023-11-14 physics.optics
Resonant Spin Hall Effect of Light in Random Photonic Arrays
本文研究了随机光子阵列中光的共振自旋霍尔效应，发现在Mie共振附近该效应可在小于平均自由程的尺度上出现，结合弱测量和协同发光可实现巨大且随时间变化的SHE。
2023-06-29 physics.optics
Quantization of mode shifts in nanocavities integrated with atomically thin sheets
本文研究二维材料与硅光子晶体纳米梁腔的集成，发现少层薄片因原子级精确厚度导致模式位移量子化，并实现腔体灵活重构，为二维材料集成光子器件提供新思路。
2022-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Refractive index retrieval of 3D printed materials for photonic applications
Newcastle University（纽卡斯尔大学）
本文通过理论和实验方法评估了四种聚合物的复折射率，包括一些回收版本，以确定它们在电信波长下的光子应用潜力。
2026-05-21 physics.optics
Resonant optical tunnelling in planar three-layer photonic microstructures
Universidade de Santiago de Compostela（圣地亚哥-德孔波斯特拉大学）
研究了平面三层光子微结构中共振光学隧道效应的物理机制，通过分析不同波型支持情况下的传输特性，揭示了共振隧道效应在不同材料中的表现差异。
2026-02-16 physics.optics
Flat-Band Lasing in Silicon Waveguide-Integrated Metasurfaces
本文在具有长程耦合的硅波导集成超表面中实验实现了光子近平模式激光，并通过调节结构参数观测到平带激光光谱及拓扑荷为1的连续谱中偶然束缚态。
2025-03-09 physics.optics
Optical biosensor based on a photonic crystal with a defective layer designed to determine the concentration of SARS-CoV-2 in water
我们提出了一种新的光学生物传感器的基础上光子晶体的缺陷层，它可以确定SARS-CoV-2的浓度在水中的缺陷模式的位移。考虑了缺陷层的折射率与水中病原体浓度的依赖关系的两种模型。确定了器件中光子晶体的最佳参数和缺陷层的最佳厚度。还证明了在所研究的结构中存在吸收的情况下，与透射模式相比，在反射模式下工作更有利。最后，得到了缺陷模的波长依赖性与SARS-CoV-2浓度的关系，并确定了传感器的灵敏度。
2022-02-03 physics.ins-det physics.optics
