Fast and wide-range wavelength tuning of a III-V/Si3N4 external-cavity laser via two-step pulsed heating
本研究提出结合双微环Vernier滤波器与热泵浦的III-V/Si3N4外腔激光器，采用两步脉冲加热实现101/104 nm波长切换，调谐速率达8.91/9.68 nm/μs，可用于频率捷变光系统。
2026-08-14 physics.optics
Silicon Nitride External Cavity Laser with Alignment Tolerant Multi-Mode RSOA-to-PIC Interface
我们展示了一个由氮化硅光子集成电路和反射式半导体光放大器组成的外腔激光器。该激光器使用由正好在氮化硅芯片边缘处的多模波导分路器形成的对准容限边缘耦合器，该多模波导分路器放松了对III-V增益芯片的所需对准，并在其两个输出波导之间均等地分配功率。地模和一阶模都在耦合器中被激发，并在波导结处达到正交条件，确保耦合到两者的功率相等。两个高品质因数的环形谐振器以游标配置排列，在两个波导之间闭合一个Sagnac环。除了宽带频率调谐之外，它们还导致更长的有效腔长度。与传统边缘耦合器相比，该对准容限耦合器将平行于芯片表面的两个方向上的对准容限提高了3倍，使其成为通过拾放技术实现增益芯片集成的理想选择。在沿着芯片边缘的方向上，激光发射保持在$\pm$ 6 $μ$ m的失准范围内。获得了42 kHz的洛伦兹激光线宽。
2021-07-01 physics.app-ph physics.optics
Inverse Design of Whispering-gallery Nanolasers with Tailored Beam Shape and Polarization
对激光源发射的光束的形状和偏振的控制在诸如光通信、光学操纵和高分辨率光学成像的应用中是重要的。在本文中，我们提出了逆设计的单片回音壁纳米激光器，沿其轴向方向发射定制的激光束形状和偏振。我们设计并实验验证了三种类型的亚微米腔，每一个发射到一个不同的激光辐射模式：一个方位角偏振甜甜圈光束，径向偏振甜甜圈光束和线性偏振高斯光束。测得的输出激光束产生的字段重叠相对于目标模式的92%，96%和85%的方位角，径向和线偏振的情况下，分别，从而证明了该方法的通用性，在超紧凑激光器的设计与定制的光束。
2022-07-20 physics.optics
Inverse-Designed Phase Prediction in Digital Lasers Using Deep Learning and Transfer Learning
National Cheng kung University（国立成功大学）
本文提出基于深度学习和迁移学习的逆向设计方法，用于高效生成数字激光器中的结构光。
2026-02-04 physics.optics
Efficient first-principles inverse design of nanolasers
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出基于非线性Maxwell-Bloch方程和稳态ab initio激光理论的反向设计方法，用于优化纳米结构激光器，考虑空间孔燃烧修正、阈值效应、出射效率和增益扩散。
2026-03-08 physics.optics
Broadband surface-emitting THz laser frequency combs with inverse-designed integrated reflectors
本文提出集成逆向设计端面反射器与表面发射贴片阵列天线的平面化太赫兹QCL频率梳，在2–4 THz实现跨倍频程带宽、七倍斜率效率提升及800 GHz梳状光谱。
2023-06-17 physics.optics
Fabrication-Aware Inverse Design of Nanophotonic Devices for 3D Laser-Nanoprinting
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本研究提出一种逆向设计方法，明确建模3D激光纳米打印的直接激光写入过程，在实验可用设计空间内优化，可预补偿制造特定效应并利用其提升纳米光子器件功能。
2026-08-20 physics.optics
Direct laser written aperiodic photonic volume elements for complex light shaping with high efficiency: inverse design and fabrication
光在许多应用中起着核心作用。解锁其多功能性的关键在于将其塑造成最适合手头任务的形式。特别定制的折射率修改，使用短脉冲激光直接在玻璃内制造，使光流几乎任意控制。然而，这些修改的定量知识，以及制造精度的严格要求，到目前为止，阻止了光效率的非周期性光子体积元件（APVE）的制造。在这里，我们提出了一个强大的方法来设计和制造的光效率APVE。我们优化了数十万微观体素的特定应用3D排列，并使用飞秒激光直接写入毫米大小的玻璃体积来制造它们。我们通过实验实现了前所未有的高达80%的衍射效率，这是通过精确的体素表征和制造过程中的自适应光学实现的。我们展示了具有各种功能的APVE，包括空间模式转换器和组合的强度整形和波长复用。我们的元件可以自由设计，并且高效、紧凑和坚固。我们的方法不仅限于硼硅酸盐玻璃，而且可能扩展到其他基板，包括双折射和非线性材料，提供更广泛的功能，包括偏振调制和动态元件的预览。
2022-11-22 physics.optics
Inverse-designed 3D laser nanoprinted phase masks to extend the depth of field of imaging systems
针对光学成像中高分辨率导致景深变浅的问题，研究利用逆向设计优化相位掩模版并结合双光子3D激光纳米打印技术制造，使标准显微镜在不损失分辨率的前提下将景深扩展约四倍，实现了同时多平面成像。
2024-07-24 physics.optics
Coherent inverse Compton scattering with attosecond electron bunches accelerated and compressed by radially polarized laser pulses
本文研究了激光直接驱动电子加速和阿秒束团压缩的标度效应。简单的解析表达式和详细的三维数值计算包括空间电荷揭示了压缩到阿秒电子片的条件。预测了适用于通过相干逆康普顿散射（ICS）产生明亮X射线的中间发射度最小值。我们验证了所得X射线场的相干发射特性，并证明了现实激光参数的可行性。
2012-03-22 physics.acc-ph physics.optics
The variational formulation of the theory of non-stationary propagation of a femtosecond laser radiation
本文对非局域非线性薛定谔方程的一个变分反问题进行了求解，该方程用于模拟各种非线性介质中的双折射现象。相应的积分关系的发现，推广的非保守的情况下的守恒律。
2017-12-28 physics.optics
Structured x-ray beams from twisted electrons by inverse Compton scattering of laser light
为了构造空间结构的X射线光束，研究了激光与高能扭曲电子的逆康普顿散射。特别地，我们分析了扭曲电子的性质，如电子贝塞尔束的拓扑电荷和孔径角，如何影响散射X射线的能量和角分布。我们表明，与适当选择的初始扭曲电子状态，可以合成量身定制的X射线束轮廓与一个定义良好的空间结构，在某种程度上不可能与普通的平面波电子束。
2014-07-28 hep-ph physics.optics
Machine Learning Inverse Problem for Topological Photonics
拓扑概念为光子器件开辟了许多新的视野，从集成光学到激光器。大规模拓扑器件的复杂性要求一个有效的解决方案的逆问题：如何最好地工程的拓扑结构，为特定的应用？我们介绍了一种新的机器学习方法的拓扑逆问题。利用Aubry-Andre-Harper模型的能带结构对神经网络系统进行训练，并将其用于求解反问题。我们的应用程序是能够识别复杂的拓扑绝缘体的参数，以获得在目标频率的保护边缘状态。一个具有挑战性的方面是处理直接问题的多值分支并丢弃非物理解决方案。我们克服了这个问题，采用自洽的方法，只选择物理相关的解决方案。我们在现实的拓扑激光器设计中展示了我们的技术，并采用了广泛使用的开源TensorFlow库。我们的结果是通用的，可扩展到数千个拓扑组件。这种基于机器学习的新的逆向设计技术可能扩展拓扑光子学的应用，例如，频率梳，量子源，神经形态计算和计量学。
2018-03-07 physics.optics
Giant peak of the Inverse Faraday effect in the band gap of magnetophotonic crystal
在磁有序介质中的自旋系统的光学影响提供了一个独特的可能性，在亚皮秒的时间尺度，这是非常有前途的磁数据处理和其他磁应用的磁化局部操纵。光学操纵的机制之一与逆法拉第效应（IFE）有关。通常，IFE在衬底上的晶体和磁性膜中观察到。在这里，我们演示了飞秒激光脉冲在磁光子晶体内的磁性薄膜中诱导的IFE。在磁光子晶体的带隙中，IFE对激光脉冲波长的光谱依赖性具有尖锐的峰值，导致IFE的显著增强。这一现象可以用磁膜内电磁能和角动量的强约束来解释。计算的IFE有效磁场的近场分布表明其沿膜厚在30 nm以内的亚波长局域化。这些激发体积可以通过例如改变激光脉冲的频率沿着样品深度移位。所得结果为超快自旋电子学和量子信息处理等领域的新应用开辟了道路。
2018-05-13 physics.optics
Plasmonic colours predicted by deep learning
皮秒激光脉冲已被用作贵金属的表面着色技术，其中颜色来自通过烧蚀和沉积过程在表面上产生和再沉积的金属纳米颗粒中的等离子体共振。该技术提供了两个数据集，我们使用它们来训练人工神经网络，来自实验本身的数据（激光参数与颜色）和来自相应的数值模拟的数据（几何参数与颜色）。我们应用深度学习来预测这两种情况下的颜色。我们还提出了一种方法的解决方案的逆问题-其中的几何参数和激光参数预测的颜色-使用迭代多变量逆设计方法。
2019-02-15 physics.optics
Inverse saturable absorption mechanism and design optimization of mode-locked fiber lasers with a nonlinear amplifying loop mirror
从反向传播的两个光场经历微分相位延迟的角度出发，对带非线性放大环镜（NALM）的锁模光纤激光器的自启动进行了理论研究。尽管人们普遍认为NALM对连续波（CW）光和脉冲都表现出饱和吸收效应，但我们发现了一个与直觉相反的事实：在这两种情况下，交叉相位调制（XPM）导致微分非线性相移（NPSs）的符号相反，从而导致脉冲形成过程中的逆饱和吸收（ISA）。ISA不利于激光器锁模的自启动，可以通过在光纤环中引入非互易移相器来缓解。此外，还分析了增益光纤的位置、分光比、光纤环中的光衰减器等因素对差动放大和自启动过程的影响。这些结果有助于优化NALM的设计，降低高重复频率锁模光纤激光器的自启动阈值。
2022-11-28 nlin.PS physics.optics
Improving inverse Compton by removing non-linearities
我们提出了一个新的，更细致入微的理解逆康普顿源的非线性效应。与迄今为止所理解的相反，甚至在低激光强度下也会出现有害的非线性效应，这是先前被视为线性的状态。在对所有降低逆康普顿源有效性的非线性现象进行全面调查后，我们讨论了两种旨在消除这些非线性的强大技术。从已知的激光脉冲的纵向啁啾技术开始，我们早先开发了该技术以减轻高激光场状态中的不利的非线性效应，我们已经发现，激光脉冲的简单拉伸在保持能量恒定的同时可以显著增加许多操作状态中的散射辐射的谱密度。我们的数值模拟表明，结合这两种技术消除了有害的非线性，并提高了一个数量级的逆康普顿源的性能。
2019-04-15 physics.acc-ph physics.optics
Two-Color Fabry-Perot Laser Diode with THz Primary Mode Spacing
介绍了一类多波长法布里-珀罗激光器，其光谱通过腔有效折射率的非周期性图案化来定制。腔的几何形状是使用逆散射方法获得的，并且可以被设计成使得离散法布里-珀罗激射模式的间隔仅受倒置增益介质的带宽的限制。设计了一种具有太赫兹模式间隔的双色半导体激光器，并进行了两种波长同时振荡的测量。所描述的法布里-珀罗激光器概念的扩展为激光腔设计提供了重要的新的可能性。
2006-05-11 physics.optics
Design, Optimization, and Blackbox Optimization of Laser Systems
本文提出模块化端到端CPA+NLO激光系统仿真软件，可解析时空电磁场与关键物理量，并通过LCLS-II案例验证其逆向工程、优化和逆向设计能力。
2023-04-20 physics.optics
Inverse design of gradient-index volume multimode converters
渐变折射率光学元件能够以非常特定的方式精确地对光进行整形。虽然经典的自由曲面光学仅使用二维域，如透镜表面，但激光制造中的最新技术进步为实现任意三维梯度折射率体积（即具有逐体素修改的折射率分布的透明电介质基板）提供了有希望的前景。这样的元件将能够在紧凑的尺度上执行复杂的光变换。在这里，我们提出了一种算法的方法来计算三维梯度折射率器件，它利用数值光束传播和基于梯度下降的误差减少。我们提出了解决方案，毫米大小的元素，解决光子学的重要任务：模式分类器，光子灯笼和多模强度光束整形器。我们进一步讨论了合适的成本函数的所有设计中使用的算法。3D渐变折射率设计在空间上是平滑的，并且需要$10^{-2}$量级的相对小的折射率范围，这在诸如双光子聚合的直接激光写入制造工艺的范围内。
2021-11-30 physics.optics
Narrowband inverse Compton scattering x-ray sources at high laser intensities
基于激光脉冲的逆康普顿散射的窄带X射线源和伽马射线源由于增加其带宽的非线性效应的开始而受到允许的激光强度的限制。已经提出，具有适当频率调制的激光脉冲可以补偿这种有质动力加宽并减小谱线的带宽，这将允许在高强度区域中操作窄带康普顿源。因此，本文提出了调频强激光脉冲中的非线性康普顿散射理论。从非线性康普顿散射的散射矩阵元出发，考虑电子的自旋和反冲，系统地导出了激光脉冲的最佳频率调制。我们表明，对于一些特定的散射角，一个优化的频率调制完全取消了后向散射光的所有谐波的有质动力加宽。我们还探讨了如何敏感的补偿依赖于电子束的能量扩散和发射度，以及激光聚焦。
2015-03-02 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Inverse-Gaussian-Apodized Fiber Bragg Grating for Dual Wavelength Lasing
提出并制作了一种具有反高斯切趾功能的光纤布拉格光栅。结果表明，这种光纤光栅具有易于控制的双波长窄透射峰。将这种光纤光栅滤波器安装在线性腔光纤激光器中，获得了波长间隔为0.146nm的稳定双波长输出。这为实现双波长光纤激光器的工作提供了一种简单、低成本的方法。
2010-02-24 physics.atom-ph physics.optics
Inverse design of photonic surfaces on Inconel via multi-fidelity machine learning ensemble framework and high throughput femtosecond laser processing
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）；National Renewable Energy Laboratory（国家可再生能源实验室）；Boston University（波士顿大学）
本文提出一种多保真度机器学习集成框架，结合高通量飞秒激光加工数据，实现Inconel光子表面逆向设计，能高精度生成多组激光参数并经实验验证可提升能量收集器件效率。
2024-06-03 cs.CE cs.LG physics.optics
Short mode-locked pulses from planarized Y-coupled THz lasers
Quantum Optoelectronics Group, Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所）；John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院）；Institute of Physics and Center for Quantum Science and Engineering, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理系与量子科学与工程中心）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, CNR（意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所）
该研究通过逆设计平面化Y耦合太赫兹量子级联激光器，实现片上相干短脉冲生成，产生2.3 ps短脉冲，带宽达500-700 GHz。
2026-02-07 physics.optics
Optimizing the interaction geometry of inverse Compton scattering x-ray sources
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文针对逆康普顿散射X射线源，提出理论框架，通过改变相互作用几何结构参数优化X射线束特性，聚焦于优化X射线亮度，研究了两种特定几何结构，给出不同结构下优化方法及对软X射线产生的作用。
2026-07-13 physics.acc-ph physics.optics
AI Driven Laser Parameter Search: Inverse Design of Photonic Surfaces using Greedy Surrogate-based Optimization
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；National Renewable Energy Laboratory（国家可再生能源实验室）；University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出一种基于随机森林和贪心预测探索策略的代理优化方法，用于光子表面激光制造参数的逆向设计，并在多个基准上验证了其优于其他优化算法的性能。
2024-06-20 cs.CE cs.LG math.OC
Characterizing an inverse Compton X-ray source and determining its electron beam parameters using a genetic algorithm
TUM Institute for Advanced Study, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学高等研究院）；Chair of Biomedical Physics, TUM School of Natural Sciences, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学自然科学学院生物物理系）；Munich Institute of Biomedical Engineering, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学慕尼黑生物医学工程研究所）；Center for Accelerator Science, Department of Physics, Old Dominion University（老道明大学物理学院加速器科学中心）；Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）
研究逆康普顿X射线源，提出通过确定激光和X射线参数，利用解析物理模型结合遗传算法从X射线光谱形状检索电子束参数的框架，经慕尼黑紧凑型光源验证，可实现实时监测及非侵入性诊断。
2026-07-08 physics.acc-ph physics.optics
Inverse Cotton-Mouton effect of the Vacuum and of atomic systems
在这封信中，我们根据量子电动力学的预测计算了真空中的逆棉花-木桐效应（ICME）。我们比较了真空与原子系统预期的这种效果的值。最后，我们证明了可以使用最先进的激光系统首次测量惰性气体的ICME，以及使用不久的未来激光设备（如ELI和HiPER）测量量子真空，特别是在强度低于4.5 × 10^33 W/m^2的Schwinger极限下测试量子真空的非线性行为。
2010-05-04 hep-ph physics.atom-ph physics.optics
Semi-analytical model of acoustic-wave generation by a laser line pulse in an optically absorptive isotropic cylinder
提出并实现了一种计算线聚焦激光脉冲在各向同性光吸收圆柱中声响应的半解析模型。假设激光输入在体积上被吸收，从而产生径向分布的热弹性源。在傅立叶域中得到了封闭形式的解。在频率和周向波数的两个逆傅立叶变换产生在时间-空间域中的声学响应的所寻求的波形。数值模拟结果与基于面偶极子源的计算结果进行了比较。当光穿透足够大时，这两个信号具有本质上不同的波到达峰形状。
2009-04-04 physics.class-ph physics.optics
Magnetization reversal more rapidly by using an ultrashort square-wave laser pulse
全光开关以其在超短时间尺度上实现低功率磁化操纵的特点，成为研究的热点。为了进一步利用超短光脉冲加速Co/Pt体系的磁化反转，本文利用加热和反法拉第效应（IFE）相结合的单脉冲方波激光（SWLP）激发Co/Pt体系的磁化反转。模拟结果表明，在相同的激光能量和脉冲宽度下，磁化反转时间比传统的高斯波激光脉冲快3倍，铁磁体的AOS阈值为0.67 mJ/cm 2。进一步证明了激光脉冲的“蓄热效应”是影响开关时间的重要因素，并且SWLP比GWLP具有更大的蓄热效应。
2019-02-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonsequential Double Recombination in Intense Laser Fields
在低维模型氦原子的数值解和推广的强场近似下，观察到激光驱动双电子原子谐波谱的第二平台。它示出的谐波远远超出通常的截止是由于同时重组的两个电子，这是在不同的，以前的半周期发射。新的截止解释的经典轨迹。经典的预测和从头算量子结果的时频分析是非常一致的。该机制对应于在（低频）激光场的存在下的逆单光子双电离过程。
2006-11-06 physics.atom-ph physics.optics
Quartic solitons of a mode-locked laser distributed model
该研究在锁模激光器分布式模型中发现了正负四阶色散下的四次孤子解，并揭示负4OD下能量与宽度呈立方反比关系，光谱滤波对产生短至39飞秒、高至392纳焦的脉冲贡献最大。
2023-08-31 nlin.PS physics.optics
Free-Electron Lasers Without Inversion: Design of Two-Magnet Drift Region
提出了一种无反转自由电子激光（FELWI）漂移区的双磁体设计。通过直接计算电子通过漂移区的相移，我们证明了小信号增益集成的失谐是积极的，是成反比的“热”的电子束的能量扩散。给出了漂移区的色散和几何形状，以及对电子束质量的要求，包括横向尺寸和角展度。
2002-07-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
