Ultrafast Switching in Terahertz Metamaterials using Ion Implanted Silicon on Sapphire
我们展示了太赫兹超材料的超快共振开关，通过光激发的辐射损伤硅放置在单个分裂间隙环谐振器的间隙。我们观察到的基本谐振模式的动态切换关闭的时间尺度为4皮秒（ps），随后由相同的谐振开关后20 ps。通过数值模拟得到的超材料单胞中的电场分布清楚地支持了我们的实验观察，表明谐振器间隙处的高电场，负责电感-电容谐振（LC），完全消失，并在光激发后关闭谐振。超材料共振的超快开关归因于离子注入硅中自由载流子的产生及其在超短时间尺度上的复合。这种基于硅的超材料的主动控制可以导致超快太赫兹元器件。
2014-07-10 physics.optics
Ultrafast reflectivity modulation in AlGaAs/InAlGaAs multiple quantum well photonic crystal waveguides
报道了利用反射几何泵浦探测技术对AlGaAs/InAlGaAs多量子阱光子晶体波导反射率的超快光调谐。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast pulse generation in a mode-locked Erbium chip waveguide laser
报道了大模面积（直径~ 50 μm）的氟锆酸铒玻璃导波激光器锁模输出~1550 nm的变换限制~180 fs脉冲。被动锁模振荡器产生的脉冲带宽为25 nm，重复频率为156 MHz，峰值功率为260 W。可扩展到更高的重复率证明了在1.3 GHz的变换限制410 fs的脉冲输出。为了理解宽光谱输出的起源，通过使用数值解Ginzburg-Landau方程来模拟激光腔。本文报道了一种超快激光器--刻写波导激光器。
2016-10-23 physics.optics
Ultrafast tilting of the dispersion of a photonic crystal and adiabatic spectral compression of light pulses
我们通过理论和实验证明了光子晶体波导在吸收飞秒泵浦脉冲后色散曲线的超快倾斜。通过用纳米荫罩成形泵浦光束截面，不同的波导本征模获得与扰动泵浦的不同空间重叠，导致色散的局部平坦化高达11%。我们发现，这种部分模式扰动可以用来压缩光脉冲通过波导传播的光谱。
2012-11-22 physics.optics
Ultrafast, green third-harmonic generation and strong-field phenomena in silicon-on-insulator nanoplasmonic waveguides
强场纳米等离子体激元学的出现将极端的激光场-物质相互作用带入纳米科学领域，揭示了令人兴奋的新物理学。高度非线性的相互作用，使紧密限制的电场在纳米等离子体结构，允许使用的光场从低功率激光振荡器。在这里，我们报告了在绝缘体上硅平台上的超紧凑纳米等离子体波导中以前所未有的~10^{-5}的转换效率产生可见517 nm三次谐波的第一个演示。宽带白光产生的指数增长证实了有质动力驱动电子雪崩倍增的新强场现象。使用时间分辨的实验，我们表明，强大的纳米等离子体激元场约束允许非线性相互作用发生在1.98 +/- 0.40 ps的超快时间尺度上，尽管硅中的自由载流子寿命长。这些发现揭示了一种新的强场相互作用，可用于敏感的纳米等离子体调制器和混合等离子体-电子换能器。
2013-08-29 physics.optics
Differential ultrafast all-optical switching of the resonances of a micropillar cavity
我们使用超快泵浦探测装置实现了GaAs-AlAs微柱腔的频率和时间分辨全光开关。开关是通过自由载流子的双光子激发来实现的。我们以高频率分辨率及时跟踪腔共振。柱模式表现出同步的频率偏移，虽然有显着不同的最大开关振幅和弛豫动力学。这些差异源于微柱中自由载流子密度的不均匀性，并且通过考虑注入的自由载流子的空间分布、它们的空间扩散和微柱侧壁处的表面复合而被很好地理解。
2014-09-24 physics.optics
Three-Dimensional Mid-Infrared Photonics: Recent Progress in Ultrafast Laser Writing of Waveguides
我们在这里介绍我们的最新进展，在三维（3D）直接激光写入（DLW）的阶梯折射率核心波导内的各种技术相关的介电基板，特别强调DLW中红外波导在这些材料的整个透明度范围内的演示。
2012-06-07 astro-ph.IM physics.optics
Ultrafast laser writing quill effect in low loss waveguide fabrication regime
羽管效应是超快激光写入中的一个有趣现象，据我们所知，尚未在低损耗波导（LLW）写入区进行研究，这可能是由于在该区域中在常规白光显微镜下不可见。在这份报告中，借助自适应三次谐波发生显微镜，我们揭示了在LLW写入制度的羽毛管效应，并研究其对写入的光子集成器件的性能的影响，在熔融石英偏振相关的属性和分束比的三波导耦合器在硼硅酸盐玻璃。
2018-07-03 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast Laser-Fabricated Fluoride Glass Waveguides with Exceptionally High Positive Refractive Index Change for Mid-Infrared Integrated Optics
本研究利用超快激光在氟化物玻璃中制备出折射率变化超过0.02的高正折射率变化波导，揭示了钡元素迁移致密化机制，实现了3D结构、新型可见光激光及中红外器件小型化，在传感与光谱学领域潜力巨大。
2024-11-18 physics.optics
Ultrafast all-optical switching via coherent modulation of metamaterial absorption
我们报告的演示飞秒全光调制器提供，没有非线性，因此在任意低强度，超快的光由光控制。该器件利用光波在厚度仅为30 nm的超材料纳米结构上的相干相互作用，有效地控制近红外（750-1040 nm）飞秒脉冲的吸收，提供接近3：1的开关对比度，调制带宽超过2 THz。这里所示的功能范例打开了一个家庭的新的元器件在相干网络中的超快速光学数据处理的路径。
2014-03-11 physics.optics
Reversible ultrafast soliton switching in dual-core highly nonlinear optical fibers
实验研究了双芯高非线性光纤中的非线性开关机制。我们只将飞秒脉冲的输入光束聚焦在一个核上，以识别核间振荡、十字核中的自陷和直核中脉冲的自陷之间的转换。基于耦合非线性薛定谔方程系统的模型提供了令人惊讶的良好协议与实验结果。
2020-08-26 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
Ultrafast Laser Inscription of High Performance Mid-Infrared Waveguides in Chalcogenide Glass
本文介绍了用超快激光刻蚀技术在硫系玻璃中实现中红外光波导。我们的方法是基于多芯波导，其中包括在一个正折射率通道放置在彼此平行的网格上的对齐。两种不同的网格进行了研究，不同的折射率之间的通道和玻璃基质的对比。在4.5 $μ$ m的波长的性能的详细分析表明，0.20 $\pm$ 0.05 dB/cm的传播损耗和耦合效率高于60%。
2019-08-09 physics.app-ph physics.optics
Investigation of ultrafast laser photonic material interactions: challenges for directly written glass photonics
目前，直写波导制作可能是飞秒激光微加工在透明介质中最广泛研究的应用。诸如埋地波导、功率分配器、耦合器、光栅和光放大器等器件都已得到演示。波导的特性主要取决于样品材料的特性和写入激光的特性。在本文中，我们讨论了使用飞秒激光直写技术的研究人员所面临的挑战，特别强调被放置在熔融石英和磷酸盐玻璃作为不同应用的设备主机的适用性。
2008-02-14 physics.optics
Switching management by adiabatic passage in two periodically modulated nonlinear waveguides
理论上研究了光在两个周期调制非线性波导中的传播，两个波导之间存在一定的传播常数失谐。通过缓慢地改变调制的幅度，当等量的光被发射到每个波导中时，我们可以将光引导到期望的输出波导。我们还发现，光的传播动力学敏感地依赖于两个波导之间的失谐。我们的研究结果可以定性地解释通过绝热导航的扩展的非线性Floquet状态。
2016-06-20 physics.optics
All-optical octave-broad ultrafast switching of Si woodpile photonic band gap crystals
我们提出了超快全光开关测量的硅木堆光子带隙晶体。晶体在空间上被均匀地激发，并通过测量作为时间函数的频率（包括电信范围）上的倍频程的反射率来探测。在300 fs之后，由于光激发的自由载流子，完整的阻带已经偏移到更高的频率。切换状态以18 ps的时间常数快速弛豫。本文对有限长光子晶体的光谱开关进行了定量的理论分析。折射率的诱导变化很好地描述了一个德鲁德模型与载流子弛豫时间为10 fs。简要讨论了光子晶体腔高重复频率开关的可能应用。
2007-12-13 physics.optics
Harmonic oscillations and their switching in elliptical optical waveguide arrays
本文研究了椭圆光波导阵列中的谐波振荡，其中相邻波导之间的耦合按照Kac矩阵变化，使得传播常数本征值可以取等间隔值。结果，当传播常数中施加线性梯度时，获得长寿命布洛赫振荡（BO）和偶极振荡（DO）。此外，我们通过斜升梯度轮廓实现了从DO到BO的切换，反之亦然。通过场演化分析研究了各种光学振荡及其开关，并通过哈密顿光学证实了这一点。传播常数中的等间隔特征值允许在传输图像、光信号的切换和路由中的可行应用。
2011-02-02 physics.optics
Switching of a Single Photon by Two Λ-type Three-Level Quantum Dots Embedded in Cavities Coupling to One-Dimensional Waveguide
采用实空间方法研究了单光子与两个嵌入腔中的Λ型三能级量子点相互作用系统的光开关特性。我们证明了单光子的开关可以通过调节经典驱动场的开启或关闭，以及通过控制量子点-腔耦合强度，拉比频率和腔-波导耦合率来实现。单光子在这种纳米系统中的传输特性将在下一代量子器件的设计和量子信息中得到应用。
2014-09-15 physics.optics
Identification of competing ultrafast all-optical switching mechanisms in Si woodpile photonic crystals
本文利用宽带可调谐非简并泵浦-探测光谱系统地研究了硅光子带隙木堆晶体的超快全光开关。在泵浦-探测符合条件下，我们研究了在很宽的泵浦和探测频率范围内，在阻带蓝边的微分反射率的行为。在符合条件下，从探测光谱中观察到色散和吸收特征。随着泵浦频率被调谐通过Si的电子带隙的一半，这两个特征的幅度增加。我们首次明确地将这种色散效应与光子晶体中的电子克尔效应联系起来，并将这种吸收特性归因于非简并双光子吸收。提取了色散和吸收非线性系数，发现与文献吻合良好。最后，我们提出了一个非简并品质因数（NFOM），它定义了所有非简并光开关过程的开关质量。
2009-04-22 physics.optics
The effect of nonlinear lensing on the coupling of ultrafast laser pulses to hollow-core waveguides
充气空芯光纤是一种灵活的平台，通过各种非线性光学效应操纵超快激光脉冲。初始脉冲的高效高保真耦合对系统性能非常重要。本文采用（2+1）维数值模拟方法研究了气室窗口自聚焦对超快激光脉冲与空芯光纤耦合的影响。正如预期的那样，我们发现，耦合效率下降，耦合脉冲的持续时间发生变化时，入射窗口太靠近光纤入口。非线性时空整形和窗口的线性色散的相互作用产生不同的结果，这取决于窗口材料、脉冲持续时间和脉冲波长，其中较长波长的光束更能容忍窗口中的高强度。虽然偏移标称焦点以进行补偿可以恢复一些损失的耦合效率，但其仅略微改善脉冲持续时间。从我们的模拟，我们得出一个简单的表达式窗口和HCF入口面之间的最小距离。我们的研究结果往往空芯光纤系统的空间受限的设计，特别是在输入能量不恒定的影响。
2022-12-02 physics.optics
Ultrafast all-optical switching enabled by epsilon-near-zero modes in metal-insulator nanocavities
鉴于信息处理的新技术前沿，光-物质相互作用的超快控制是一个至关重要的特征。然而，传统的光学元件要么是静态的，要么具有相对于可以控制光的时间尺度而言极低的切换速度。在这里，我们利用高品质因数工程ε近零（ENZ）模式的金属-绝缘体-金属纳米腔，实现全光超快调制的光的反射率在一个定制的波长。我们的方法是基于存在的两个，光谱分离，ENZ吸收共振腔。在其高能量ENZ模式的系统的光泵浦导致一个强烈的红移的低能量模式，因为局部介电函数的瞬态增加，这导致在一个特定的波长与相对调制深度接近120%的sub-3-ps的反射率控制。
2020-04-24 physics.optics
Dynamical ultrafast all-optical switching of planar GaAs/AlAs photonic microcavities
研究了平面GaAs/AlAs微腔的超快开关特性。高达0.8%的折射率变化是通过光学激发自由载流子在1720 nm和1.8微焦耳的脉冲能量。腔谐振动态跟踪通过测量反射率与时间延迟与可调谐激光脉冲，并被发现在几皮秒内移动多达3.3线宽。关断发生在大约50 ps的衰减时间。作者推导出载流子密度和复折射率的动态行为。他们提出，通过优化样品生长，推断出的10 GHz开关速率可以提高10倍。
2007-09-11 physics.optics
Ultrafast and energy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelength plasmonic waveguides
全光开关因其可以克服电开关的速度限制而受到人们的关注。然而，由于现有材料中固有的小光学非线性，超快、节能的全光开关的实现一直具有挑战性。作为解决方案，我们提出了石墨烯负载的深亚波长等离子体波导（30 nm x 20 nm）。由于极端的光限制，我们显著增强了石墨烯的光学非线性吸收，并实现了超快全光开关，开关能量为35 fJ，开关时间为260 fs。开关能量比以前的石墨烯基器件小四个数量级，是有史以来报道的任何全光开关在几皮秒或更少的值。该器件可以有效地连接到传统的Si波导和Si光子集成电路。我们相信，这种基于石墨烯的器件将为片上超快和节能的光子处理铺平道路。
2019-07-03 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear performance of asymmetric coupler based on dual-core photonic crystal fiber: towards sub-nanojoule solitonic ultrafast all-optical switching
在亚纳焦脉冲能级下，利用超快孤子实现了高非线性光子晶体光纤中双芯非对称性的非线性平衡。通过在1500 nm和1800 nm之间的不同波长下选择性地激发和监测单个光纤芯，实验研究了光纤不对称性的影响。基于耦合广义非线性薛定谔方程的数值模拟结果表明，在快芯激发条件下，由于时间孤子的非线性不对称平衡，能量向非激发芯的转移率较高.此外，模拟结果与实验获得的输出双芯消光比对激发能和波长的依赖关系定性对应。在1800 nm快速芯激发的情况下，以23 dB的对比度记录了输出通道之间的窄带光谱强度切换。这种开关是通过改变亚纳焦区的激发脉冲能量实现的。详细分析了双芯非对称性在孤子传输过程中的非线性平衡，为超快非线性全光开关器件的发展开辟了新的前景。
2019-12-13 physics.optics
Sub-picosecond all-optical switching in a hybrid VO2:silicon waveguide at 1550 nm
在硅波导几何结构中实现超快全光开关是迈向集成平台的一个关键里程碑，该平台能够处理对更高速度和更高容量的信息传输日益增长的需求。由于硅中的电光效应和热光效应较弱，人们对混合结构产生了浓厚的兴趣，在混合结构中，可以通过将另一种材料集成到波导中来实现开关，包括相变材料二氧化钒（VO 2）。人们早就知道VO 2的相变可以由超快激光脉冲触发，并且泵浦激光能量密度是控制薄膜在800 nm附近的飞秒激光脉冲照射下的恢复时间的关键参数。然而，薄膜实验是不是一个先验的可靠的指南，使用VO 2的全光开关在芯片上的硅光子，因为在电信波段的VO 2的光学常数的变化很大，低插入损耗的要求，并在集成的光子系统中允许的开关能量的限制。在这里，我们报告的第一次测量表明，可逆的，超快的光致相变VO 2可以利用实现亚皮秒开关时，小VO 2体积集成在硅波导作为调制元件。高于阈值的开关能量为600 fJ/开关的数量级。这些结果表明，VO 2现在可以追求作为一个强有力的候选人的全光开关与亚皮秒开关时间。
2020-07-06 physics.optics
Kerr and free-carrier ultrafast all-optical switching of GaAs/AlAs nanostructures near the three-photon edge of GaAs
我们对GaAs/AlAs光子晶体结构进行了非简并泵浦-探测实验。我们利用光学克尔效应和三光子吸收激发的自由载流子来切换光子特性。从这些测量中，我们提取的非简并克尔系数在一个很宽的波长范围内，我们提取的三个光子吸收系数的GaAs在三个波长在近红外。我们发现，光克尔效应是足够大的切换腔谐振与高\emph{Q}（$Q>1000$）光子腔。
2008-06-19 physics.optics
All-optical switching, bistability, and slow-light transmission in photonic crystal waveguide-resonator structures
我们分析了光子晶体波导与克尔非线性光子晶体谐振腔的线性和非线性共振传输。首先，我们扩展了标准的耦合模理论分析，光子晶体结构，并获得明确的双稳态阈值和传输系数的解析表达式，提供了详细了解与这些结构的可能性的基础。接下来，我们讨论了标准的耦合模理论的局限性，并提出了一种替代的分析方法的基础上，使用格林函数法推导出的有效的离散方程。我们发现，离散性质的光子晶体波导允许一种新的，几何驱动的增强非线性效应，通过移动谐振器的位置相对于波导，从而提供了一个额外的控制谐振波导传输和法诺谐振。我们进一步证明，这种增强可能会导致降低的双稳阈值和开关功率的非线性器件的几个数量级。最后，我们表明，采用这样的增强是至关重要的慢光光子晶体波导的全光器件的设计。
2006-05-18 physics.optics
Switching and propagation of magneto-plasmon-polaritons in magnetic slot waveguides and cavities
本文导出了磁光有源介质金属-绝缘体-金属波导中Voigt几何中表面等离子体激元-极化激元的色散关系。通过引入磁场，打破了上下界面之间的对称性;两个界面上的场分布之间的平衡可以通过施加的场来控制。这种控制是由有限元法数值模拟的场分布周围的点偶极子放置在短波导的中心，它示出了从腔体的辐射的总发射和远场辐射的分布可以强烈修改通过调谐的磁化的波导。这提出了使用磁场来控制纳米结构中的光传播的新可能性。
2013-08-03 physics.optics
Heat-induced soliton self-frequency redshift in the ultrafast nonlinear dynamics of active plasmonic waveguides
我们研究了在有源等离子体激元波导中发射的光的超快非线性动力学，该有源等离子体激元波导由两个硅层夹在一个金薄膜中组成，并且浸没在外部泵浦的Al $_2$ O $_3$：Er $^{3+}$中。我们通过一个广义的立方Ginzburg-Landau方程来模拟这种耗散系统中的光传播，该方程考虑了活性介质的放大效应以及金的吸收和热调制非线性效应。我们发现，加热严重影响时间耗散孤子在这样的等离子体波导中的传播，通过产生孤子自频率红移伴随着孤子减速在时域。采用半解析变分法，推导了一组脉冲参数的耦合微分方程，计算了自感红移的依赖关系。这些方程通过简单的时间和频率偏移的近似解析表达式提供了对复杂的非线性动力学的物理洞察。这样的分析预测被发现与直接数值模拟的广义立方Ginzburg-Landau方程非常吻合。我们的研究结果提供了一个普遍的理解，在金基有源等离子体波导的超快非线性动力学，特别是传播光脉冲的光谱整形特性。
2019-04-12 nlin.PS physics.optics
A new coupling mechanism between two graphene electron waveguides for ultrafast switching
我们提出了一种基于双石墨烯电子波导的新型超快电子开关器件，类似于光学双通道波导器件。该设计利用了两个石墨烯电子波导之间拉比振荡的相干量子力学隧穿原理。基于修正的耦合模理论，我们建立了一个理论模型来分析器件的特性，并预测开关速度大于1ps。由于室温下石墨烯中电子的平均自由程较长，所提出的设计避免了常规半导体量子阱结构中所需的低温操作的限制。我们的设计布局类似于一个标准的CMOS晶体管，应该很容易制造与当前最先进的纳米技术。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
All-optical switch with two periodically curved nonlinear waveguides
提出了一种由两个平行放置的周期性弯曲非线性光波导构成的全光开关。与传统的基于直波导非线性定向耦合器的全光开关相比，该全光开关具有更低的开关阈值功率和更窄的开关宽度。
2008-02-21 physics.optics
Ultrafast-nonlinear ultraviolet pulse modulation in an AlInGaN polariton waveguide operating up to room temperature
超快非线性光子学在先进的片上光谱学和信息处理中实现了大量应用。这些依赖于强强度依赖性（非线性）折射率，其能够在亚皮秒时间尺度和适合于集成光子学的长度尺度上调制光脉冲。目前，还没有平台可以为UV光谱范围提供这种功能，其中由非线性调制产生的宽带光谱可以为新的片上超快（生物）化学光谱设备铺平道路。我们证明了巨大的非线性紫外光混合轻物质状态（激子极化激元），室温下的AlInGaN波导。我们在一个紧凑的100 $μ$ m长的器件中实验测量了紫外脉冲的超快非线性光谱展宽，并推导出非线性是普通紫外非线性材料的1000倍，与非紫外极化激元器件相当。我们的演示有望为新一代集成紫外非线性光源提供先进的光谱和测量技术。
2021-06-22 cond-mat.other physics.optics
Nonlinear optical switching in hybrid plasmonic waveguides
研究基于ITO在ENZ状态下巨大非线性的HPWG全光开关机制，数值求解非线性Maxwell方程并对比电门控，发现光泵浦更高效且透射率与相位呈阶跃式变化。
2023-09-06 physics.optics
Complete achromatic optical switching between two waveguides with a sign flip of the phase mismatch
提出了一种实现完全消色差全光开关的双波导耦合器。波导的耦合具有双曲正割形状，而相位失配在耦合的最大值处具有符号翻转。我们推导出一个解析解的电场传播耦合模理论，并表明，光开关是强大的耦合和相位失配再次小到中等的变化。因此，我们实现了两个波导之间的消色差光开关。我们进一步考虑了阵列中三个耦合波导的扩展情况，并特别注意等消色差光束分裂的情况。
2014-09-27 physics.optics quant-ph
Ultrafast Laser Inscription of a 121-Waveguide Fan-Out for Astrophotonics
利用超快激光刻写，我们报道了一个原型的三维121波导扇出器件的制造，能够重新格式化的120芯多芯光纤（MCF）的输出到一维线性阵列。当与实际MCF结合使用时，我们证明了使用此原型的重新格式化功能将导致约7.0 dB的整体吞吐量损失。然而，如果可以实现从MCF到扇出的完美耦合，则重新格式化功能将导致仅约1.7 dB的总损耗。随着足够的发展，类似的设备可以有效地重新格式化使用高度多芯光纤制造的所谓“光子灯笼”的输出。
2012-03-20 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Self-organized nonlinear gratings for ultrafast nanophotonics
现代非线性光学材料允许一种波长的光被有效地转换成另一种波长的光。然而，设计非线性光学材料以在超短脉冲下工作是困难的，因为必须匹配光的相速度和群速度。在这里，我们表明，自组织非线性光栅可以形成与飞秒脉冲通过纳米光子波导传播，提供同时的群速度匹配和准相位匹配的二次谐波产生。我们记录的第一个直接显微镜图像的光致非线性光栅，并演示这些波导如何使同时$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性过程，我们利用稳定的激光频率梳。最后，我们推导出的方程，管理自组织光栅形成飞秒脉冲和解释的关键作用的群速度匹配。在未来，这种纳米光子波导可以实现可扩展的，可重新配置的非线性光学系统。
2018-06-20 physics.optics
Exceptional Points and Asymmetric Mode Switching in Plasmonic Waveguides
我们研究了由一对具有不同损耗的石墨烯片组成的非厄米特系统中的例外点。石墨烯波导中存在两种表面等离子体激元（SPP）模式。通过改变两个石墨烯片之间的距离和石墨烯的化学势，EP表现为本征值，即两个模式的波矢量合并。在由石墨烯的几何参数和化学势组成的参量空间中，将EP包围起来，可以观察到本征模的交叉转换和几何相位的变化。同时，某一输入SPP模式可能导致完全不同的输出。该研究为纳米级敏感光学开关和传感器的开发铺平了道路。
2016-07-31 physics.optics
Chirped pulse waveguide amplifier
本文提出一种单模Cr:ZnS晶体波导超快放大器，利用超快激光写入的凹陷包层波导实现5.5 dB/cm增益和2.35 W平均输出功率，并通过解析模型优化设计，在CPA装置中验证了宽带高增益放大性能。
2024-09-28 physics.optics
Ultrafast Polarization Switching in BaTiO$_3$ Nanomaterial: Combined DFT and Coupled Oscillator Study
本文结合DFT与耦合振子模型研究BaTiO$_3$在太赫兹脉冲下的超快极化翻转，发现单个线偏振脉冲只能引起退极化而无法实现稳定翻转，并给出最低强度微扰脉冲的最佳参数估计。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast nonlinear dynamics of thin gold films due to an intrinsic delayed nonlinearity
利用长程表面等离子体激元，光可以在金属纳米波导中传输，从而实现超小型光电子器件。金是一种重要的等离子体波导材料，但尽管其线性光学特性已被相当好地理解，但其非线性响应仍在研究中。我们考虑脉冲在非线性薛定谔方程模拟的镀金条形波导中的传播。金的非线性响应占的双温度模型，揭示了它作为一个延迟的非线性内在的黄金。其结果是，所测量的非线性强烈依赖于脉冲持续时间。到目前为止，这个问题只被解决唯象，但我们提供了一个准确的估计的定量连接，以及一个唯象的理论来理解增强的非线性响应的黄金厚度减少。与以前的工作相比，功率损耗方程的分析模型得到了改进，现在可以应用于高激光峰值功率的情况。我们展示了新的适合文献中的实验数据，并提供了更新的值为实部和虚部的非线性极化率的金为各种脉冲持续时间和金层厚度。我们的模拟表明，非线性损耗抑制了与低功率激光脉冲的有效非线性相互作用。因此，我们建议设计适用于中红外的波导，其中有质动力瞬时非线性可以主导延迟热电子非线性，并为高效的超快非线性光学提供合适的等离子体平台。
2017-06-28 physics.optics
The terahertz frontier for ultrafast coherent magnetic switching: Terahertz-induced demagnetization in ferromagnets
非热相干磁旋进与超快退磁之间的跃迁频率可以说是当今磁学科学和技术中最需要解决的问题。到目前为止，它被认为是在太赫兹（THz）范围内。在这里，使用一个超强的低频太赫兹子弹，和薄的磁性层，我们报告的实验证据表明，完全相干的非热太赫兹磁开关可能永远无法达到传统的铁磁薄膜。在高激发强度下，虽然自旋仍然与THz磁场相干地旋进，但沉积的THz能量引发超快退磁并最终导致材料损伤。这一系列现象是同时发生的。报告的实验设定了根本性的限制，并对电子和磁系统之间的耦合以及超快时间尺度上相关的结构动力学提出了质疑。
2015-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Robust transmission stabilization and dynamic switching in broadband hybrid waveguide systems with nonlinear gain and loss
提出了一种在具有非线性增益和损耗的宽带波导系统中实现碰撞光孤子序列传输稳定和鲁棒动态切换的方法。该方法是基于采用混合波导，包括跨度与线性增益和立方损耗，跨度与线性损耗，立方增益，五次损耗。我们表明，振幅动态描述的混合Lotka-Volterra（LV）模型，并使用该模型来确定增强传输稳定和切换所需的物理参数值。耦合非线性薛定谔方程的数值模拟证实了LV模型的预测，并显示出稳定的传输距离比均匀波导的线性增益和立方损耗大一个数量级。此外，多个开-关和关-关动态切换事件在很宽的孤子振幅范围内，表现出优越性的混合波导相比，静态切换均匀波导，在早期的研究中考虑。
2014-08-03 nlin.PS physics.optics
Ultrafast laser inscribed waveguides in tailored fluoride glasses: An enabling technology for mid-infrared integrated photonics devices
氟化锆（ZBLAN）玻璃是基于光纤的中红外光子学中使用的标准材料，经过重新设计，可以通过飞秒激光直写制造高折射率对比度低损耗波导。我们证明，在纯ZBLAN相比，接近10 $^{-2}$的正折射率变化可以诱导在混合锆/铪（Z/HBLAN）玻璃在超快激光铭文，并表明这可以解释由电子云畸变效应，这是由两个玻璃形成者的存在驱动的对比极化。已经成功地制造了高数值孔径（NA）的I型波导，其支持具有小至12 $μ$ m的模场直径（MFD）的良好限制的3.1 $μ$ m波长模式。这些发现为制造中红外集成光子器件打开了大门，这些光子器件可以很容易地被尾纤连接到现有的ZBLAN光纤上。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Single Plasmon Switching with n Quantum Dots System Coupled to One-Dimentional Waveguide
利用实空间方法研究了等间距量子点与一维表面等离子体波导相互作用过程中等离子体激元的开关特性。我们发现，可以通过动态调节和改变量子点的等跃迁频率的数量来打开或关闭单个等离子体激元的透射和反射。
2013-07-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Indirect but Efficient: Laser-Excited Electrons Can Drive Ultrafast Polarization Switching in Ferroelectric Materials
为了提高下一代铁电电子器件的效率，需要新的控制铁电极化开关的技术。虽然大多数先前的研究试图通过激发声子来诱导偏振切换，但这些实验技术需要复杂且昂贵的太赫兹源，并且尚未完全成功。在这里，我们提出了一种新的机制，通过激光调谐的基础动态势能面快速，有效地切换FE偏振。使用含时密度泛函计算，我们观察到超快开关的FE极化BaTiO 3在200 fs内。激光脉冲可以引起电荷密度重新分布，从而降低原始FE电荷顺序。这种激励导致理想的和高度定向的离子力，总是相反的原始FE位移。我们的新机制使FE偏振与光脉冲，可以从现有的800 nm实验激光源产生的可逆切换。
2019-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Beyond 100 THz-spanning ultraviolet frequency combs in a non-centrosymmetric crystalline waveguide
紫外频率梳通过解决原子和分子的电子跃迁，使从精密光谱到原子钟的应用成为可能。通过集成非线性光学获得紫外光通常受到紫外区域中的强材料色散和大波导关注的阻碍。在这里，我们展示了一个简单的路线，芯片级的紫外线梳发生器，同时显示了一个无间隙的频率跨度~128太赫兹和超连续源的超快光纤激光器。在单晶氮化铝薄膜中实现了同时的立方和二次非线性过程，其中啁啾调制锥形波导被图案化以确保宽相位匹配。外差拍音表征表明，近可见光和紫外超连续谱梳保持高度的相干性。我们的方法也适用于其他非中心对称光子平台的超快非线性光学与可扩展的带宽。
2019-11-14 physics.optics
Optical waveguide hosting multiple exceptional points: Toward selective mode conversion
我们研究了一维平面少模光波导中异常点（EPs）的惊人物理特性。波导管中有四个准导模。在这里，所选择的模式对之间的相互作用由非均匀增益-损耗分布的空间分布调制。这两个耦合对在参数平面上接近两个不同的二阶EP。考虑一个适当的参数环来同时包围所识别的EP，我们建立了一个特定的拓扑特征，其中参数空间中的一个圆形包围产生复β平面中对应的耦合模对的传播常数（β）之间的切换。选取两种不同的参量环模式，建立了β开关现象中的不变拓扑。这种鲁棒的模式转换方案将提供一个平台，以实现选择性模式开关器件或光模式转换器。
2019-04-15 physics.optics
Ultrafast all-optical switching using doped chromoprotein films
下一代通信网络要求在网络节点处使用亚皮秒交换机和路由器进行> Tbit/s的单通道数据传输和处理。实现超快全光开关的材料具有很高的潜力来解决当前光电电路的速度限制。由于纯电子非线性，色蛋白已经显示出比由光学克尔效应引起的折射率变化大得多的快速光控折射率变化，从而减轻了光开关的驱动能量要求。在这里，我们报告的飞秒瞬态光栅实验证明了< 200 fs的全光开关的可行性水合薄膜的光活性黄蛋白，第一次，并比较使用细菌视紫红质所获得的结果。讨论了该方案在极高速光调制和具有无穷消光比的开关/路由中实际应用的可能性。
2022-08-04 physics.bio-ph physics.optics
Terahertz All-Optical Modulation in a Silicon-Polymer Hybrid System
虽然千兆赫兹级的自由载流子调制器以前已经在硅中得到了证明，但由于硅的弱超快光学非线性，以太赫兹速度工作的强度调制器还没有报道。我们已经证明了在硅聚合物集成波导器件中光的强度调制，基于全光克尔效应-与四波混频中使用的超快效应相同。时域强度调制的直接测量是在10 GHz的速度。我们的实验表明，这种调制功能的超快机制，在光学频率通过光谱测量，并在超过1太赫兹的频率强度调制可以在这个设备中获得。通过将光学聚合物通过倏逝波耦合集成到高模限制硅波导，我们大大增加了交叉相位调制波导的有效非线性。高模式限制、多个集成光学元件和高非线性的组合产生了在与电信系统兼容的连续波功率水平下操作的全光学超快器件。尽管在消光方面远未达到商用射频光调制器标准，但这些器件是在硅中开发大规模集成超快光学逻辑的第一步，并且比先前报道的硅器件快两个数量级。
2006-06-28 physics.optics
Design of Ultrafast All-Optical Pseudo Binary Random Sequence Generator, 4-bit Multiplier and Divider using 2 x 2 Silicon Micro-ring Resonators
全光器件是下一代超快、超低功耗、超宽带信息处理系统的关键器件。硅微谐振器（SiMRR）为全光开关和CMOS兼容计算提供了一个通用平台，具有高Q值、可调谐性、紧凑性、可扩展性和可扩展性等优点。本文对2 × 2 SiMRR的超快全光开关进行了详细的理论分析，分析中考虑了双光子吸收引起的自由载流子注入效应和热光效应。研究结果已被用于设计简单紧凑的全光3位和4位伪随机二进制序列发生器以及首次报道的全光4 × 4位乘法器和除法器。这些设计针对低功耗、超快操作和高调制深度进行了优化，实现了45 Gbps的逻辑操作。
2022-10-09 physics.optics
Temporal dynamics of all-optical switching in hybrid VO2/Si waveguides
二氧化钒（VO 2）是最有希望用于混合光子集成器件（PIC）的材料之一。然而，尽管切换时间低至几个飞秒已被报道，全光时域动态的VO 2嵌入在波导中使用面内光信号仍然隐藏。在这里，我们实验研究这种行为在混合VO 2/Si波导中使用泵浦-探测测量电信波长。我们的研究结果表明，开关时间在微秒和纳秒范围内，这表明相变是热触发的光吸收的VO 2和时间响应是由热传导动力学。通过适当的工程的光脉冲，我们展望纳秒的切换时间与几个纳焦耳的能量消耗。我们的研究结果揭示了一个新的时间动态，这将是有用的开发未来的全光VO 2光子集成器件。
2020-07-22 physics.app-ph physics.optics
Optical tristability and ultrafast Fano switching in nonlinear magneto-plasmonic nanoparticles
我们考虑了一个涂层的磁等离子体纳米粒子（MPNP）与克尔型非线性等离子体外壳和磁光核心的光散射。这样的结构具有两个等离子体振子偶极模式，与壳的内表面和外表面上的电子振荡相关联。在非线性状态下驱动，每个模式都表现出一种非线性响应。内部等离子体的双稳态导致在该状态和Fano共振之间切换（Fano切换）。一旦外部光强度超过临界值，两个本征模式的双稳区重叠产生光学三稳性，其特征在于对于给定的波长和光强度的三个稳定的稳态。我们开发了一个动态的非线性稳态之间的过渡理论和估计的特征切换时间短至0.5 ps。我们还表明，磁光（MO）效应允许红色和蓝色的光谱移位的Fano配置文件的右和左圆偏振的外部光，呈现Fano开关敏感的光偏振。具体地，可以实现右圆偏振的Fano切换，同时消除左圆偏振的Fano切换。我们的研究结果指出，一类新的超快Fano开关可调的磁场在纳米光子学的应用。
2018-02-19 nlin.AO physics.optics
Ultrafast spontaneous spin switching in an antiferromagnet
本文在反铁磁正铁氧体 Sm0.7Er0.3FeO3 中通过双飞秒探针偏振涨落相关分析，首次观测到由热涨落驱动的皮秒级自发自旋翻转，并发现一种新的磁振子模式。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Epsilon-Near-Zero Al-Doped ZnO for Ultrafast Switching at Telecom Wavelengths: Outpacing the Traditional Amplitude-Bandwidth Trade-Off
透明导电氧化物由于其低的光学损耗、类金属行为、多功能/可定制的光学性质和既定的制造工艺，最近作为用于纳米光子学的CMOS兼容材料获得了极大的关注。特别是，铝掺杂氧化锌（AZO）是非常有吸引力的，因为它的介电常数可以在近红外和红外的宽范围内设计。然而，尽管有所有这些有益的特征，这些化合物典型的慢（> 100 ps）电子-空穴复合时间仍然代表阻碍超快光学调制的基本限制。报道了第一种ε-近零AZO薄膜，它在1.3 μm远距离波长下，在很低的泵浦能量密度（< 4 mJ/cm ~ 2）下，同时表现出超快的载流子动力学（激发和复合时间低于1 ps）和高达40%的反射率调制。所展示的AZO薄膜的独特性质是低温制造过程促进氧空位和超高载流子浓度的结果。作为概念验证，数值模拟了一种基于AZO的全光等离子体激元调制器，实现了7.5 μm波长的3dB调制，工作在THz频率。我们的研究结果克服了传统的“调制深度与速度”的权衡至少一个数量级，AZO是最有前途的化合物之一，可调/可切换的纳米光子学。
2015-03-26 physics.optics
