Near-field radiative heat transfer between one-dimensional magneto-photonic crystals
本文研究了外加直流磁场对一维磁光子晶体近场辐射换热的影响，其中一维磁光子晶体的基本单元是由n型掺杂InSb的磁光层和介质层构成的.我们发现，在没有外场的情况下，根据间隙的大小，这些多层结构之间的辐射传热可以大于或小于两个InSb无限平板的情况下。另一方面，当施加外部磁场时，近场辐射热传递由于对横向磁偏振光支持的杂化表面极化激元波的抑制而减小。我们表明，这种减少是完全由于磁场诱导的双曲模的出现，而不是在这个磁光系统中的偏振转换。
2020-10-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-invasive light observer
光子技术缺乏非侵入性监测工具来检查光波导内的光。这是大规模集成的主要障碍之一，即使光子平台可能已经准备好在单个芯片上托管数千个元件。在这里，我们展示了非侵入性的光观察硅光子器件，利用光子相互作用的间隙内的能量状态定位在波导表面。通过非接触式集成光子探针（CLIPP）测量光强度，该探针不引入可测量的额外光子吸收和低至0.2 mrad的相位扰动，与小于3 mK的热波动相当。多点光监测的灵敏度为-30 dBm，动态范围为40 dB。CLIPP技术简单，与CMOS兼容，每个芯片可扩展到数百个探测点。这一概念为密集集成光子系统的实时调节和反馈控制提供了一种可行的方法。
2013-10-28 physics.optics
Local temperature control of photonic crystal devices via micron-scale electrical heaters
我们提出了一种通过微米级电加热器局部控制光子晶体器件温度的方法。该方法被用来控制GaAs光子晶体谐振腔与InAs量子点强耦合的谐振频率。这种技术能够以高达数百kHz的调谐速度独立控制位于同一芯片上的大量光子器件。
2009-04-27 physics.optics
Surface Bloch waves mediated heat transfer between two photonic crystals
从理论上研究了热非平衡条件下两个相隔一定距离的光子晶体之间的非辐射换热。我们预测，由这些介质支持的表面布洛赫态耦合可以使热交换大于由光子晶体的基本组件制成的两个大质量均匀材料之间在相同的间距测量的热交换。这些结果可以在近场技术中找到广泛的应用。
2010-04-13 physics.optics
Interference-Controlled Radiative Heat Transport in Time-Modulated Networks
Laboratoire Charles Fabry, UMR 8501, Institut d’Optique, CNRS, Université Paris-Saclay（查尔斯·法布里实验室，UMR 8501，光学研究所，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）
通过相位控制弹性与非弹性Floquet散射通道的干涉，实现纳米尺度网络中辐射热传输的光子调控，展示了热-光流方向控制与热分裂机制。
2026-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Moving Media as Photonic Heat Engine and Pump
由两个不同温度的平板组成的系统，当洛伦兹互易性在至少一个平板中被破坏时，可以在任一个平板上表现出非平衡横向卡西米尔力。这个系统构成了一个光子热机，它将辐射热转换成非平衡横向卡西米尔力所做的功。然而，通过以足够高的相对速度滑动两个平板，热量从温度较低的平板泵送到温度较高的另一个平板。因此，该系统作为光子热泵运行。在这项工作中，我们研究了这样的光子热机和泵的热力学性能通过波动电动力学形式主义。揭示了热机背后的物理机制是由非互易性产生的推进力和由多普勒效应产生的阻力。我们还表明，在热泵的情况下，使用非互易材料可以帮助减少所需的速度。我们提出了一个理想的材料分散达到卡诺效率极限。此外，我们推导出一个相对论版本的热力学效率为我们的热机，并证明它是有界的卡诺效率是独立的参考系。我们的工作作为一个概念性的指导，实现光子热机的基础上波动的电磁场和相对论热力学和电磁非互易性在操作它们的重要作用。
2022-11-09 physics.optics
Near-field thermal transistor
使用一块三个分离的固体元素，热源和漏极与栅极由绝缘体金属过渡材料交换近场热辐射，我们介绍了一个纳米级模拟的场效应晶体管，它能够控制两个机构之间的倏逝热光子交换的热量的流动。通过在其临界值附近改变栅极温度，可以通过栅极上的微小动作可逆地切换、放大和调制热主体（源极）和冷主体（漏极）之间交换的热通量。这样的设备可以在纳米级热管理领域中找到重要的应用，并且它开辟了关于旨在使用光子电流而不是电流进行信息处理的非接触式热电路的发展的新前景。
2013-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Proposal for a Photonic Remote Active Heat Sink Technology (PHRAHST)
我们提出了一种新的方法来实现从一个对象通过使用激光束的热去除。所提出的方法是基于激光束从物体的非弹性散射，特别是通过使反斯托克斯发射比斯托克斯发射更有效。以这种方式，每单位时间从身体中移除的能量比沉积的能量多。概述了各种方法，以实现这一结果，从仔细选择的激光频率相对于介质的谐振频率，在三维系统中的电磁模式的密度的频率依赖性的使用，使用光子晶体和腔中的电磁模式的偏振依赖性。所提出的方法可以用于例如纳米尺寸的设备的冷却。
2008-11-12 physics.optics
Thermal spin photonics in the near-field of nonreciprocal media
自旋角动量和热辐射的相互作用是纳米光子学和拓扑物理学感兴趣的前沿领域。在这里，我们表明，一个厚的平面板的非互易材料，尽管在热平衡与它的环境，可以表现出非零的光子自旋角动量和非零的辐射热通量在其附近。我们将它们分别定义为持续热光子自旋（PTPS）和持续平面热流（PPHC）。通过一个实际的例子系统，我们揭示了这些现象的根本起源是连接到热激发倏逝波的自旋动量锁定。我们还发现了非互易光子学中表面极化激元的自旋磁矩，进一步阐明了这些特征。然后，我们提出了一种新的热光子成像实验的基础上布朗运动，让人们见证这些令人惊讶的功能，直接看着他们使用实验室显微镜。通过对旋电、旋磁和磁电非互易材料的综合分析，我们进一步证明了这些近场热辐射现象的普遍性。总之，这些结果揭示了一个令人惊讶的很少探索的热自旋光子学的研究领域与非厄米拓扑光子学和辐射热输运相关的新途径的前景。
2019-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Local thermal resonance control of GaInP photonic crystal membrane cavities using ambient gas cooling
我们使用连续波紫激光器对GaInP光子晶体腔进行了空间相关的调谐。通过激光加热光子晶体膜获得局部调谐。腔共振位移测量不同的泵的位置和两种环境气体：氦和氮。我们发现，膜中诱导的温度分布的宽度在很大程度上取决于环境气体的热导率。对于He气体，预测了2.8 μ m的窄空间宽度的温度分布，并在实验中得到了验证。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Inverse Spin Thermal Hall Effect in Non-Reciprocal Photonic Systems
本文预测了非互易系统中由光子自旋角动量梯度引起的横向辐射热通量，即逆自旋热霍尔效应，并在C4对称磁光网络及空间可变磁场下进行分析，为热管理和能量转换开辟新途径。
2025-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiative spin caloritronics in nonreciprocal many-body systems
Laboratoire Charles Fabry, UMR 8501, Institut d’Optique, CNRS, Université Paris-Saclay（查尔斯·法布里实验室，UMR 8501，光学研究所，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）
研究非互易磁光多体系统中的自旋热霍尔效应，通过证明其与逆效应构成互易对建立热和光子自旋耦合通道，利用热力学第二定律得出热自旋品质因数，为光子自旋热电子学建立框架并奠定相关器件概念基础。
2026-10-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Adiabatic Thermal Radiation Pumps for Thermal Photonics
我们控制的方向和幅度的热辐射，在两个机构之间在相同的温度（热平衡），通过调用的概念绝热泵。具体而言，在共振近场电磁传热框架内，我们利用{ \it瞬时}散射矩阵方法来揭示波干涉在辐射传热中的关键作用。我们发现，适当设计的绝热泵浦循环附近的恶魔奇点可以显着提高效率的定向能量转移。我们确认我们的结果使用一个现实的电子电路设置。
2019-06-01 physics.optics
Passive radiative "thermostat" enabled by phase-change photonic nanostructures
恒温器感测物理系统的温度，并打开或关闭加热或冷却设备，调节热流以将系统的温度保持在期望的设定点附近。利用辐射传热技术的最新进展，在这里，我们提出了一个被动辐射“恒温器”的基础上相变光子纳米结构在室温下的热调节。通过根据环境温度自调整其可见光到中红外吸收率和发射率响应，所提出的设备在白天使用相变转变温度作为设定点使用天空被动地冷却或加热，而在夜间温度保持在环境温度或低于环境温度。我们模拟的性能的被动纳米光子恒温器设计的基础上二氧化钒薄膜，显示白天被动冷却（加热）相对于周围的热（冷）天，保持平衡温度大约锁定在相变区域内。被动辐射恒温器有可能使新的热管理技术成为可能，例如，在年温差极端波动的地区调节昼夜温度。
2019-02-04 physics.app-ph physics.optics
A photonic quantum engine driven by superradiance
本研究首次通过实验验证了由原子与光子真空构成的单热库驱动的超辐射光子量子引擎，实现约40倍有效温度提升、近1的效率及输出功率随原子注入速率二次增长，为量子热传输与光机械器件发展开辟了路径。
2024-06-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Twist-induced control of near-field heat radiation between magnetic Weyl semimetals
由于磁性外尔半金属具有很强的反常霍尔效应，在没有外加磁场的情况下，磁性外尔半金属可以支持非互易表面等离子体激元模式。这意味着磁性Weyl半金属可以在（热）光子学中找到新的应用。在这项工作中，我们考虑了近场辐射热传递的两个磁性Weyl半金属板，并表明，热传递可以控制与平行板的相对旋转。由于表面模式的固有非互易性，这种所谓的扭曲方法不需要像周期性光栅那样的表面结构。扭转引起的传热控制是由于来自具有相对旋转的两个平板的表面模式的失配。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photoconductive Heaters Enable Control of Large-Scale Silicon Photonic Ring Resonator Circuits
许多基于环形谐振器的大规模硅光子系统已经被设想用于从生物医学传感到量子计算和机器学习的应用。然而，由于缺乏用于控制环形谐振器的可扩展解决方案，实际演示仅限于具有几个环的系统。在这里，我们证明，大型系统可以控制只使用掺杂波导元件内的环，同时保持其面积和成本。我们测量波导的大的光电导变化，用于监测环在高动态范围内的谐振条件，并利用其热光效应进行调谐。这使我们能够控制环形谐振器，而不需要额外的组件，复杂的调谐算法，或额外的电气I/O。我们展示了自动谐振对齐的31个环的16 × 16开关和14环耦合谐振器光波导，使它们成为最大的，但最紧凑的，自动控制硅环谐振器电路迄今为止，尽我们所知。
2021-12-09 physics.app-ph physics.optics
Advancing large-scale thin-film PPLN nonlinear photonics with segmented tunable micro-heaters
本研究开发晶圆级TF-PPLN平台，用分段微加热器校准QPM光谱，提升转换效率达57%，实现高归一化效率，推动大规模非线性光子集成。
2024-03-15 physics.app-ph physics.optics
A visible - infrared compatible camouflage photonic crystal with enhanced emission in 5~8 μm
由于表面结构的限制和热管理的要求，可见-红外兼容伪装仍然是一个巨大的挑战.在本研究中，我们在ZnO/Ag/ZnO薄膜中引入二维周期性孔径阵列，利用介质/金属/介质（D/M/D）结构中特殊的光透射特性，实现了具有热管理性能的可见-红外兼容伪装。由于D/M/D结构的高可见光透过率，应用于可见光伪装涂层上时，可以观察到底层涂层，实现任意可见光伪装。通过对银膜的穿孔处理，在理论和实验上实现了3~5 μm、8~14 μm的低发射率红外伪装和5~8 μm的高发射率辐射散热。所制备的光子晶体在两个大气窗口内均表现出高温红外伪装性能。在相同的0.40 W/cm 2的加热功率下，该光子晶体比具有低发射率表面的样品冷却12.2 K。所提出的具有热管理性能的可见-红外兼容伪装光子晶体为光和热的协调控制提供了指导，表明了在能源和热技术中的潜在应用。
2021-02-05 physics.app-ph physics.optics
Topological Materials for Near-Field Radiative Heat Transfer
本文综述拓扑光子材料在近场辐射传热中的研究进展，梳理多类拓扑结构与材料效应，并探讨其在纳米热管理和热流引导中的应用潜力。
2024-06-18 physics.optics quant-ph
Photonic topological phase transition on demand
按需，拓扑非平凡和平凡的光子态之间的切换相变进行了演示。具体地说，它示出的热加热器阵列内的耦合环谐振器的2D阵列的集成，使无与伦比的控制拓扑保护的光子模式。重要的是，对空间相位调制的辅助控制开辟了一种沿着生成的虚拟边界引导拓扑保护边缘模式的方法。所提出的方法可以导致实际实现的拓扑相变在许多光子应用，包括拓扑保护的光子存储器/逻辑器件，鲁棒的光调制器，和开关。
2019-03-24 physics.optics
Coherent thermal conductance in multilayer photonic crystals
利用S矩阵方法精确计算了一维多层光子晶体的相干热导。特别地，我们研究了在双层结构的平板的Si/真空或Al $_2$ O $_3$ /真空的辐射热通量的精确表达式的装置的热导。我们比较我们的结果与在以前的作品中获得的结果。我们的研究结果表明，耦合的表面模式，以及材料损耗起着至关重要的作用，在定义的热导的PC。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-efficiency thermophotovoltaic system that employs an emitter based on a silicon rod-type photonic crystal
热光伏系统原则上能够利用通常被认为是浪费的能量的热量。然而，高效率所需的热发射器的波长选择性相当难以用常规设计来控制。在这里，我们设计了一个热光伏系统，包括硅棒作为热发射器具有相对较窄的发射光谱和光电池的带隙对应于1.76 $μ$ m，并验证有效的发电。通过精确测量进入发射器的热通量、发射器温度和光电池的电输出功率，我们发现在1338 K的发射器温度下，实际系统效率（进入热通量与输出功率的比率）为11.2%，并且输出功率密度足迹为0.368 W/cm 2。所获得的效率相对较高，即，1.65是先前报告的创纪录值（6.8%）的两倍。未来进一步提高效率可能会导致使用燃烧热的分布式能源供应的发展。
2019-06-12 physics.app-ph physics.optics
Ultralow radiative heat flux by Anderson localization in quasiperiodic plasmonic chains
Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））；Shanxi University（山西大学）
本研究通过准周期等离子体链实现辐射热流的超低传输，揭示了安德森局域化与多体相互作用之间的关系，为纳米尺度热管理提供了新策略。
2026-02-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cryogenic and hermetically sealed packaging of photonic chips for optomechanics
我们展示了一个密封的封装系统，集成光子器件在低温下的即插即用功能。这种方法提供了将受控量的气体封装到光学封装中的能力，从而允许氦用作热交换气体以使光子器件热化，或者冷凝成覆盖器件的超流体。该封装系统进行了测试，使用硅绝缘槽波导谐振器填充超流$^4$他低于转变温度。为了优化光纤到芯片的光学集成690，通过热循环用一系列胶（NOA 61、NOA 68、NOA 88、NOA 86 H和强力胶）粘合到各种常见光子芯片衬底（硅、氧化硅和HSQ）的光纤来执行测试。这表明NOA 86 H（具有潜热催化剂的UV固化光学粘合剂）在低温条件下为所有测试的基材提供最佳性能。该技术与超流光力学实验以及量子光子学和量子光力学应用有关。
2022-05-11 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
All-Optical Photonic Crystal Bolometer with Ultra-Low Heat Capacity for Scalable Thermal Imaging
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本研究提出了一种全光学光子晶体热电计，通过超低热容量实现高速热成像，性能超越现有无冷却技术。
2025-12-19 physics.app-ph physics.optics
Near-field contributions to cavity-mediated radiative heat transfer
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；Universität Hamburg（汉堡大学）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging（汉堡超快成像中心）；Università degli Studi di Trieste（的里雅斯特大学）
该研究探究真实金镜平面腔中腔介导辐射热传递的近场效应，明确其使热传递大幅增强的条件，发现纳米至微米腔中热流可增强数个数量级，拓展了腔调控材料性质的机制。
2026-10-15 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.optics
Transparent Multispectral Photonic Electrode for All-Weather Stable and Efficient Perovskite Solar Cells
本文提出一种透明多光谱光子电极，兼具红外滤波、减反射和透明前接触功能，并结合PDMS辐射冷却层，使钙钛矿太阳能电池运行温度降低超9.0°C、绝对效率提升超1.3%，为提升光伏性能提供了简单可行的光子方案。
2023-08-07 physics.app-ph physics.optics
Extreme Non-Reciprocal Near-Field Thermal Radiation via Floquet Photonics
通过利用Floquet驱动协议，并将其与明智的水库排放工程交错，我们实现了极端的非互惠热辐射。我们发现，后者是植根于直接辐射过程之间的相互作用，由于两个热浴和调制过程，这是负责泵浦辐射热之间的温度偏差。我们的理论结果证实了通过时域模拟与RF电路。
2020-06-26 physics.app-ph physics.optics
High temperature nanocomposites with photonic group velocity suppression of thermal emission
0 K以上的热辐射淬火是一种不寻常的材料特性，对未来的能源，运输和空间技术至关重要。尽管投入了巨大的努力，几乎完全淬火的热辐射，而不是它的通量的一些减少只实现了在低温（低于373 K），并在狭窄的光谱窗口，使用复杂的技术只适合于小尺度的对象。在这项工作中，我们提出了一种轻而灵活的复合材料，可以抑制传播的光子模式，并以这种方式，淬火热辐射，同时保持热传递（通过热传导）在室温和更高的温度低于600 K。这是通过改变局部光子态密度和相应地改变碳纳米管的热性质来实现的，所述碳纳米管与热稳定的聚合物基质形成了一种增强的纳米网络。
2022-07-04 physics.optics
High Performance Graphene Integrated Photonics Platform Enabled by Gold-assisted Transfer
本文通过金辅助转移技术构建高性能石墨烯集成光子学平台，实现高效热光调制器、高速电吸收调制器及马赫-曾德尔调制器，性能优于现有技术并具备CMOS兼容性。
2024-03-17 physics.app-ph physics.optics
Beyond Stefan-Boltzmann Law: Thermal Hyper-Conductivity
我们证明了双曲型超材料中光子态密度的宽带发散导致辐射热传递的巨大增加，超过了Stefan-Boltzmann定律所设定的极限。由此产生的辐射热“超传导性”可以接近甚至超过常规固体中通过电子和声子的热导率。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Atom-Photon Bound States in Fractal Photonic Lattices: Localization Length and Anomalous Diffusion
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·阿列克桑德大学）；Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）
通过热核表达光子格林函数，研究耦合到自相似光子晶格的两能级发射体所引发的原子-光子束缚态，发现远场局域长度服从标度律ξ~Δ^{-1/d_w}，该标度由反常扩散控制，不依赖平移不变性或带边有效质量近似。
2026-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Broadband directional control of thermal emission
控制发射的远场热辐射的方向性是当代光子学和材料研究中的基本挑战。虽然光子策略已经实现了在窄带宽集合上的热发射的角度选择性，但是热辐射本质上是宽带现象。目前，我们缺乏将发射的热辐射限制在宽带宽上的任意角度范围的能力。在这里，我们介绍和实验实现梯度ε近零（ENZ）的材料结构，使广谱定向控制的热发射，通过支持泄漏的电磁模式，耦合到自由空间在一个广泛的带宽在固定的角度。我们展示了两个发射器结构组成的多个半导体氧化物的光子配置，使梯度ENZ行为在长波红外波长。所述结构在70度-85度的角度范围内在7.7微米和11.5微米之间以及在60度-75度的角度范围内在10.0微米和14.3微米之间的p偏振中分别表现出高平均发射率（大于0.6和0.7）。在这些角度范围之外，发射率在50度和40度时急剧下降到0.4。该结构的宽带热聚束能力仅在特定角度下实现强辐射热传递，并通过直接测量热发射进行实验验证。通过解耦传统的角度和光谱响应的限制，我们的方法打开了新的可能性，如热辐射，太阳能加热，辐射冷却和废热回收的应用中的辐射传热。
2020-12-04 physics.app-ph physics.optics
Realizing tight-binding Hamiltonians using site-controlled coupled cavity arrays
模拟量子模拟器依赖于可编程量子器件来模拟描述各种物理现象的哈密顿量。光子耦合腔阵列是实现这种器件的一个很有前途的平台。使用硅光子耦合腔阵列由8个高品质因数的谐振器，并配备了专门设计的热光岛加热器的独立控制的腔，我们展示了一个可编程的设备实现紧束缚哈密顿与访问的完整的本征能谱。我们报告的腔阵列的相邻站点之间的热串扰相比，传统的加热器减少了约50%，然后提出了一个控制方案，以一个给定的紧束缚哈密顿腔阵列。
2022-10-11 physics.optics quant-ph
High Temperature Thermal Photonics
控制和检测热辐射对于从能量转换系统和纳米级信息处理设备到红外成像、光谱和传感的各种应用至关重要。我们回顾了高温热光子学领域，其目的是控制极端环境中工程材料热辐射的光谱，偏振，可调谐性，可切换性和方向性。我们总结了候选材料正在追求的社会，同时具有极化激元/等离子体特性以及高温稳定性。我们还提供了一个详细的讨论常见的光子平台，包括元光栅，光子晶体，和超材料用于热发射工程。我们回顾了广泛的应用，包括热光电转换，高温辐射冷却，热辐射源，和嘈杂的纳米热器件。通过提供在这一领域的最新成就的概述，我们希望这篇评论可以加快进展，以克服在现代热工程的主要突出问题。
2020-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Mode mapping Q > 500 000 photonic crystal nanocavities using free carrier absorption
我们提出了一种非线性光调制光谱方法来成像高Q值光子晶体谐振器（PhCR）的模式分布。这种远场成像方法适用于超高Q腔，我们证明了一个Q = 619000 PhCR。我们用405 nm的泵浦光束扫描PhCR表面，该泵浦光束通过局部热调谐来调制折射率，同时探测共振的响应。我们通过在高功率下探测来提高分辨率，使用PhCR的热光非线性。热光效应的空间分辨率通常受到光泵的宽热分布的约束。在这里，我们超越了热极限，并表明我们可以接近泵浦光的衍射极限。这是由于自由载流子吸收，其仅在光泵浦光斑与光学模式分布之间存在重叠时加热PhCR。这是支持与热光学模型，再现高分辨率的模式映射。结果表明，所观察到的增强的分辨率达到了令人惊讶的低载流子密度。
2022-07-18 physics.optics
All optical operation of a superconducting photonic interface
先进的电光处理将电气控制与光学调制和检测相结合。对于量子光子学应用，这些过程必须在单光子水平上以高效率和低噪声进行。集成量子光子学已经取得了很大的进步，通过将关键组件组合在由外部驱动电子器件操作的集成芯片上来实现单光子操纵。然而，驱动电子器件和电光部件之间的电互连（其中一些需要低温操作条件）可能引入寄生效应。在这里，我们展示了一个全光接口，同时提供的操作电源，并提取测量信号，先进的光子电路，即偏置和读出的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）在一个单一的阶段，在1K低温恒温器。为此，我们仅使用光学互连为单光子探测器、输出信号调节和电光读出提供所有电源，从而将低温电路与外部环境完全解耦。这消除了对电气连接的需求，并可能提供低损耗，高带宽的信号处理。这种方法为其他先进的电解耦光子电路的操作提供了可能性，例如超导电路的光学控制和读出，以及光子量子计算的前馈。
2023-02-23 physics.optics quant-ph
Drifting Electrons: Nonreciprocal Plasmonics and Thermal Photonics
光在大多数材料和结构中以相反的方向对称传播。这一事实--洛伦兹互易原理的一个结果--对整个电磁波谱的科学和技术有着巨大的影响。在这里，我们研究了一种新兴的方法来打破互易性，不依赖于磁光效应或时空调制，而是基于偏置的等离子体材料与直流电流。使用3D格林函数形式主义和微观考虑，我们阐明了表面等离子体激元（SPPs）的传播特性，支持这种类型的通用非互易平台，揭示了一些以前被忽视的，异常的，波传播效应。我们发现，SPP可以传播的形式可操纵的，慢光，单向光束与模式色散中的双光子点。我们还澄清了耗散（由于碰撞和朗道阻尼）对非互易效应的影响，并阐明了在漏波结构中的非互易点，带边缘的例外点和复杂的模态转换之间的连接。然后，我们将这些概念应用到热光子学的重要领域，并提供了第一个理论证明漂移诱导的非互易近场辐射热传递两个平面体之间。我们的研究结果可能会为开发非互易无磁器件提供新的机会，这些器件将等离子体激元和非互易光子学的优点结合起来，用于波导和能源应用。
2021-11-29 physics.optics
Toward accurate thermal modeling of phase change material based photonic devices
可重构或可编程的光子器件正在迅速发展，并已成为许多光学系统的组成部分。通过电刺激选择性地调制电磁波的能力在从数据通信和计算设备到环境科学和空间探索的各种应用的进步中是至关重要的。硫系相变材料由于其不同固态结构相之间的光学对比度大，是可重构光子学最有前途的候选材料之一。虽然大量的努力已经致力于精确模拟PCM为基础的设备，在本文中，我们强调了三个重要的方面，往往回避以前的模型，但有显着的影响，这些设备的热和相变行为：熔化焓，玻璃化转变时的热容变化，以及液相PCM的热导率。我们进一步研究了PCM器件中的开关能量缩放的重要主题，这也有助于解释为什么上述三种效应在电子PCM存储器中长期被忽视，但只在光子学中变得重要。我们的研究结果提供了见解，以促进基于PCM的光子器件的准确建模，并可以通知更有效的可重构光学的发展。
2023-05-23 physics.app-ph physics.optics
In situ Thermal Trimming of Waveguides in a Standard Active Silicon Photonics Platform
Max Planck Institute of Microstructure Physics（马克斯·普朗克微结构物理研究所）；University of Toronto（多伦多大学）
本文在标准硅光子平台上制备悬浮加热器结构，实现硅与氮化硅波导的双向原位热折射率修调，验证了开关偏置点修调应用，探究了修调机制并估算了器件长期老化特性。
2025-06-16 physics.app-ph physics.optics
Perfect Heat Rectification and Circulation with Nonreciprocal Radiative Surfaces in the Far Field
University of Houston（休斯顿大学）
本研究揭示了非平衡远场多体系统中辐射传热的新物理，通过分解平衡与非平衡热流分量，实现了完美的热整流与热循环，为无损耗热管理和单向热器件设计开辟了新途径。
2025-10-15 physics.optics
A hybrid single quantum dot coupled cavity on a CMOS-compatible SiC photonic chip for Purcell-enhanced deterministic single-photon emission
本研究在CMOS兼容SiC光子芯片上实现混合微环谐振器与量子点耦合，通过微加热器调谐实现Purcell增强的确定性单光子发射，品质因数达7800，Purcell因子约4.9，为可扩展光子量子应用提供新途径。
2024-11-11 physics.optics quant-ph
Control and readout of a superconducting qubit using a photonic link
实现通用量子计算机的革命性承诺将需要具有数百万量子比特（qubit）的处理器。在超导量子处理器中，每个量子比特都是用微波信号线单独寻址的，微波信号线将室温电子设备连接到量子线路的低温环境。与每个量子位的多条同轴线相关的复杂性和热负荷将处理器的可能大小限制在几千个量子位。在这里，我们介绍了一种光子链路，采用光纤将调制激光从室温引导到低温光电探测器，能够直接在毫开尔文温度下提供散粒噪声限制的微波信号。通过演示超导量子比特的高保真控制和读出，我们表明，这种光子链路可以满足超导量子信息处理的严格要求。利用光纤的低热导率和大的固有带宽，可以有效地大规模多路传输相干微波控制脉冲，为实现百万量子位通用量子计算机提供了一条途径。
2020-09-02 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Post-Fabrication Trimming of Silicon Photonic Ring Resonators at Wafer-Scale
基于硅环形谐振器的器件，如调制器、检测器、滤波器和开关，在用于光通信、高性能计算和传感应用的集成光子电路中发挥着重要作用。然而，对制造变化的高敏感性限制了它们的批量制造能力和商业采用。在这里，我们报告了一种低成本的制造后微调方法来调整硅环形谐振器的谐振波长，并在晶圆级的制造变化进行校正。我们使用Ge植入物在环形谐振器中创建折射率可微调部分，并使用片上加热器来应用精确的局部热退火以将其谐振调谐并设置为所需的波长。我们展示了在300 mm绝缘体上硅（SOI）晶片上制造的环形谐振器的谐振波长微调到1310 nm目标波长的+/-32 pm以内，为大批量制造提供了一条可行的途径，并为这些器件开辟了新的实际应用。
2022-03-04 physics.app-ph physics.optics
Low energy switching of phase change materials using a 2D thermal boundary layer
相变材料的可切换的光学和电学特性在可重构光子器件中发现了数据存储之外的新应用。然而，需要高功率的热脉冲来将材料从结晶熔融淬火为非晶。这在硅光子学中尤其如此，其中波导材料的高热导率使得加热PCM能量效率低下。在这里，我们通过在二氧化硅或硅与PCM之间插入一层二维（2D）材料（MoS2或WS2）来提高激光诱导相变的能量效率。2D材料在非晶化（amorphization，简称AMF）过程中将所需的激光功率降低至少40%，具体取决于衬底。热模拟证实，MoS2和WS2 2D层都充当热障，其有效地将能量限制在PCM层内。值得注意的是，2D层的隔热效果相当于约100 nm的SiO2层。由范德华（vdW）结合层引起的高边界热阻限制了通过层界面的热扩散。因此，具有稳定vdW界面的2D材料可以用于提高PCM调谐的Si光子器件的热效率。此外，我们的波导模拟表明，2D层不影响Si波导中的传播模式，因此这种简单的附加薄膜在不降低波导的光学性能的情况下产生显著的能量效率改善。我们的研究结果为基于PCM的可重构光子器件的高能效激光诱导结构相变铺平了道路。
2022-02-09 physics.app-ph physics.optics
A scheme for simulating multi-level phase change photonics materials
本文提出一种耦合Gillespie Cellular Automata、有效介质理论和Fresnel方程的模拟方案，用于精确预测相变材料在激光加热下的微观结构与多级光学响应，并通过纳秒激光切换实验验证其准确性，为可编程光子器件和全光神经网络设计提供重要工具。
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci nlin.CG physics.optics
Photonics for Neuromorphic Computing: Fundamentals, Devices, and Opportunities
本文综述集成光子神经形态计算的最新进展，从材料与器件工程角度梳理相关技术突破，考察从传统光学到PIC的各类神经形态光子AI加速器技术，并评估其能效与计算密度。
2024-07-02 cs.ET physics.optics
Harnessing near-field thermal photons with efficient photovoltaic conversion
大量的热能可在辐射和非辐射状态下接近材料表面，这可用于物质表征或用于能量装置。利用这种近场能量的一种方法是将其散射到远场。另一种方法是将吸收体靠近热发射体，并且在过去二十年中已经预测了利用近场中的热光子的全类新颖光子器件的出现。然而，近场热光子的有效热电转换，即开创性的构建模块，直到现在还不能通过实验实现。在这里，通过接近一个微米大小的红外光电池在纳米距离的热表面，我们展示了转换效率高达14%，导致前所未有的电功率密度输出（7500 W.m-2），数量级大于所有以前的尝试。该原理的证明是通过使用热石墨微球发射器（~800 K）和锑化铟电池来实现的，其低带隙能量与发射器红外光谱相匹配，并且是专门为近场设计的。这些结果为直接在近场转换热光子的高效光电探测器铺平了道路。他们还强调，近场热光伏转换器以非接触方式收集辐射热能，现在正在与其他能量收集设备（如热电）在大范围的热源温度上竞争。
2019-12-16 physics.app-ph physics.optics
