Band Inversion Flips the Winding of Bound States in the Continuum
Ecole Centrale de Lyon（里昂中央理工学院）
研究揭示带翻转会翻转连续束态的缠绕数，通过两带理论证明带边BIC翻转会改变远场极化映射，无需缺陷动力学。
2026-05-09 physics.optics
Photonic Berry curvature in double liquid crystal microcavities with broken inversion symmetry
我们研究了一种光子器件，该器件由两个耦合光学腔组成，具有Rashba-Dresselhaus自旋轨道耦合，TE-TM分裂和线性偏振分裂，在光子色散的恶魔点处打开可调能隙，从而产生可主动寻址的局部Berry曲率。所提出的架构源于液晶腔中人工光子规范场设计的最新进展[K. Rechcienska等人，Science 366，727（2019）]。我们的研究为拓扑光子学、室温自旋光电子学以及极端条件下光子带量子几何结构的研究开辟了新的视角。
2021-02-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
I/O-efficient iterative matrix inversion with photonic integrated circuits
本文提出光子迭代处理器PIP，通过光域直接复用输入数据突破IO瓶颈，并在矩阵求逆、方程求解及MIMO预编码等任务中验证其显著效率优势。
2024-05-22 cs.ET physics.optics
Molecule-induced surface second-order nonlinearity in an inversion symmetric microcavity
针对反演对称材料二阶非线性响应缺失的问题，提出分子诱导表面二阶非线性方法，在功能化二氧化硅微腔中实现创纪录二次谐波效率，推导相关方程并可推广至其他材料平台。
2024-05-21 physics.app-ph physics.optics
Routing of valley photons in a WS2 monolayer via delocalized Bloch modes of in-plane inversion-symmetry broken photonic crystal slabs
二维过渡金属二硫属化物（TMDC）的谷为信息处理提供了新的自由度。为了利用该谷自由度，一方面，通过利用不同的外部刺激（如光和电场）来控制谷是可行的。另一方面，纳米结构也被用于通过近场耦合来分离谷。然而，对于上述两种方法，要么需要低温环境，要么低程度的相干性限制了它们的进一步应用。在这里，我们证明了没有面内反转对称性（C2对称性）的全介质光子晶体（PhC）板可以在室温下在WS2单层中分离和路由谷光子。与圆偏振的光子布洛赫模式的这种光子晶体板耦合，由WS2单层发射的谷光子在远场中被定向地路由和有效地分离。此外，远场发射具有方向性增强和长距离空间相干特性。
2020-07-07 physics.app-ph physics.optics
A Unified Symmetry-Constrained Framework for Band Inversions in Photonic Crystals with $C_n$ Symmetry
针对不同晶体对称性下带反转缺乏统一理论框架的问题，提出对称性约束的$k \cdot p$框架，实现无系数定量诊断并系统调控$C_6$、$C_4$、$C_3$、$C_2$光子晶体的带反转，建立实验能带与拓扑参数的直接联系。
2025-09-10 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Asymmetric Band Diagrams in Photonic Crystals with a Spontaneous Nonreciprocal Response
我们研究了电磁波在由具有自发非互易响应的材料（如Tellegen（轴子）介质或拓扑绝缘体）形成的层状光子晶体中的传播。令人惊讶的是，它被证明是分层Tellegen光子晶体，同时打破空间反转和时间反转对称性总是有对称的色散图。有趣的是，我们表明，通过结合手性和非互易材料的光子带图可以表现出光谱不对称性，使得。此外，它表明，在某些条件下，两个并列Tellegen介质层具有类似的偏置铁氧体板的电磁响应。
2015-05-05 physics.optics
Topological properties of Floquet winding bands in a photonic lattice
以多于一类拓扑不变量为特征的合成材料的工程化是固态基和合成材料的当前挑战之一。使用一个合成的光子晶格中实现的两个耦合环系统，我们工程师的异常Floquet金属，是在散装无间隙，同时显示两个不同的拓扑特性。一方面，这种合成晶格呈现出以缠绕数为特征的带。这种弯曲是由于反演对称性的破坏而产生的，它与其体块内布洛赫次振荡的出现有直接关系。另一方面，晶格的Floquet性质导致具有拓扑边缘状态的众所周知的异常绝缘相。破反转对称性和周期性的时间调制的组合，在这里研究丰富的各种拓扑相位在晶格Floquet驱动，并建议可能出现的新的相位时，周期性调制相结合的空间对称性的破裂。
2023-02-04 physics.optics
Topological Photonic States at a 1-D Binary-Quaternary Interface
研究了具有反转对称晶胞的二元光子晶体和四元光子晶体边界处拓扑界面态的存在性。建立条件，描述四元晶体可以存在于参数空间中的约束。讨论了不同光程比下带隙的闭合情况。当二元晶体和四元晶体共享一个界面时，当两个晶体的表面阻抗符号不同时，光学状态出现在界面处。随着四元晶体几何形状的变化，态的演化被显示出来。
2019-10-07 physics.optics
Observation of Photonic Topological Valley-Hall Edge States
实验证明了在二维反转对称破缺的蜂窝光子晶格中由谷-霍尔效应产生的拓扑边缘态。我们打破反转对称性失谐的两个蜂窝子晶格的折射率，从而产生氮化硼类能带结构。因此，边缘状态存在沿畴壁之间的区域相反谷陈数。我们探测扶手椅和锯齿形畴壁，并表明前者成为缺口的任何失谐，而后者保持ungapped，直到截止达到。谷-霍尔效应为实现时间反转不变性光子拓扑绝缘体提供了一种新的机制。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Generation of slow intense optical solitons in a resonance photonic crystal
我们展示了有趣的和以前没有预料到的属性的一对间隙孤子在谐振光子晶体，预测和解释在一个物理透明的形式，使用分析和数值方法。最重要的结果是这样一个事实，即振荡的间隙孤子的存在下，一个本地化的人口反转内的晶体可以操纵通过适当的选择的比特率，相位和振幅调制。发展这个想法，我们能够获得质的不同制度的谐振光子晶体操作。特别是，一个值得注意的观察是，延迟时间和幅度差必须超过一定的水平，以确保有效的控制孤子动力学。
2007-11-15 physics.optics
Observation of Complete Photonic Bandgap in Low Refractive Index Contrast Inverse Rod-Connected Diamond Structured Chalcogenides
三维完全光子带隙材料或光子晶体在所有方向上阻挡光传播。棒连接的金刚石结构表现出迄今为止已知的最大光子带隙，并支持最低折射率对比度低至$n_{high}/n_{low} \sim 1.9$的完整带隙。我们通过测量Sn-S-O $(n\sim1.9)$和Ge-Sb-S-O $(n\sim2)$逆棒连接金刚石结构在红外区的完整光子带隙来证实这个阈值。该结构是使用低温化学气相沉积工艺通过单反转技术制造的。这提供了一种可靠的完整光子带隙材料的制造技术，并扩展了光子带隙材料库，从而导致广泛的未来光子应用。
2019-05-01 physics.optics
Valley polarized edge states beyond inversion symmetry breaking
谷衬度物理已经获得了相当大的关注，特别是用于实现光子拓扑绝缘体（PTIs），其在没有谷间散射的情况下支持无反射的谷偏振边缘模式（VPEMs）。这是一个悬而未决的问题，是否类似的鲁棒状态可以存在于没有拓扑谷阶段，即，在山谷处不为零的Berry曲率。我们发现，C6 \u{psion}对称的三角形光子晶体（PhC）固有地表现出均匀分布的空间变化的相位涡，支持本地（有限）版本的谷霍尔效应（LVHE），其中谷偏振的位置定义为相对于被固定在整个散装。然后，我们证明，在其他对称的光子晶体中，具有亚晶格不对称性的缺陷区域会导致光子根据其谷指数的波局部化和分裂，从而使VPEM沿着线缺陷波导。我们在绝缘体上硅（SOI）板上制造我们的器件，并在近红外频率下对其进行表征，显示出与谷PTIs相当的通过急弯的稳健传输。我们的研究结果提出了一个新的视角来创建谷边状态，并概述了一个新的波导机制，适用于电磁学以及等离子体，力学和声学。
2023-01-18 physics.optics
Axion Topology in Photonic Crystal Domain Walls
本文提出在回旋三维外尔光子晶体中通过超胞调制和畴壁相位阻碍诱导轴子带拓扑，实现受保护的单向轴子手性棱态，并展示利用小外部磁偏置实现拓扑光子开关的可行方法。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley vortex states and degeneracy lifting via photonic higher-band excitation
我们证明了在光子石墨烯谷依赖的涡旋产生。在不破坏反转对称性的情况下，两个等效谷的激发导致布拉格反射到第三谷时形成光学涡旋，其手性由谷自由度决定。涡反涡对谷依赖的拓扑电荷翻转也观察到和证实的数值模拟。此外，我们开发了一个三带有效哈密顿模型来描述耦合谷的动力学，并发现常用的两带模型是不足以解释所观察到的涡旋简并提升。这种谷极化涡旋态产生于高频段激发，而没有反转对称性破缺或合成场诱导的能隙开放。我们的结果从光子设置可以提供洞察力的研究谷对比和贝里相位介导的拓扑现象在其他系统中。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene
本文研究了全介质硅光子石墨烯的谷自由度。从非零谷陈数的观点重新讨论了反转对称性破缺下的光子带隙开放物理。通过观察时变电场，揭示了具有相反轨道角动量的体谷模。光子狄拉克哈密顿量很好地说明了拓扑跃迁。研究了Z形弯曲波导的谷相关边缘态和谷保护后向散射抑制。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Monolithic Silicon-Photonics Linear-Algebra Accelerators Enabling Next-Gen Massive MIMO
提出一种采用单片硅光子工艺制造的SoC光电子线性代数加速器，具备WDM宽带探测与高维矩阵求逆特性，通过整体协同设计解决片上转换开销，大幅提升计算密度与能效，以支持大规模MIMO解码等新兴应用。
2024-02-13 cs.SY eess.SP eess.SY
Photonic topological phase transition induced by material phase transition
本研究利用相变材料GST纳米图案的材料相变诱导二维光子拓扑绝缘体的能带反转与Chern数变化，实现制造后可重构的光子拓扑性质控制。
2024-06-13 physics.optics
Efficient photo-induced second harmonic generation in silicon photonics
硅光子学通常缺乏二阶非线性光学响应，因为典型的组成材料是中心对称的并且缺乏反转对称性，这禁止了二阶非线性过程，例如二次谐波产生（SHG）。在这里，第一次，我们实现了有效的二次谐波在硅基光学微谐振器相结合的一个强大的光致有效的二阶非线性共振增强和完美的相位匹配。我们展示了创纪录的2，500%/W的转换效率，比以前的作品大2到4个数量级。特别是，我们的器件实现了mW级SHG输出功率，功率转换效率> 20%。该演示是在硅光子学中实现高效二阶非线性过程的重大突破，为紧凑型光学频率合成和光学时钟技术的克尔频率梳集成自参考铺平了道路。
2020-03-26 physics.optics
Multipolar Light-Matter Hamiltonians in Symmetry-Breaking Photonic Vacuums
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Shanghai Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室上海分部）
该研究推导了空间手性和时间手性两种破缺对称性光子真空下的多极光-物质哈密顿量，以腔中类氢原子等为例验证其会引发特征光谱移动，为手性量子电动力学提供了通用描述框架。
2026-08-21 cond-mat.other physics.atom-ph physics.optics
Symmetry-protected photonic chiral spin textures by spin-orbit coupling
手征自旋织构在凝聚态系统中得到了广泛的研究，并在自旋电子学和存储方面显示出潜在的应用前景。随着对手征自旋织构的凝聚态研究的深入，在各种反转对称性破缺的光学系统中也观察到了这些织构的光子对应物。不幸的是，这些不平衡只是现象学上的。本文提出了一个基于变分原理的理论框架，证明了光学界面中光子手征自旋织构的形成是由系统的对称性和相对论性决定的。光学系统的旋转对称性的分析表明，从自旋矢量的局部变化的总角动量守恒被保存。具体地说，虽然积分自旋动量不携带净能量，但决定局部亚光速能量输运和最小化总角动量平方变化的局部自旋动量分布导致自旋矢量的手征扭曲。这些结果加深了对光学系统对称性、守恒定律和能量输运的理解，建立了光子和凝聚态手征自旋织构在形成机制和几何结构上的相似性，并在光学操纵和手征光子学中具有重要的应用价值.
2021-04-27 physics.optics
Mode Switching Through Exceptional Points Induced by Lasing-Inversion Coupling
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
通过激光-反转耦合诱导的例外点实现模式切换，揭示了克服强增益竞争并驱动第二个模式达到阈值的机制，为可调谐光子系统提供新机遇。
2026-01-29 physics.optics
Pseudospin induced chirality with Staggered Optical Graphene
赝自旋在理解与石墨烯等2D材料相关的各种有趣的物理现象中起着非常重要的作用。有人提出赝自旋与角动量直接相关，最近的实验证明了轨道角动量是光子蜂窝晶格中赝自旋的一种内在性质。然而，在光子学中，自旋和赝自旋之间的相互作用从未被研究过。在这封信中，我们提出，在交错石墨烯的光学模拟，即具有面内反转对称性破缺的光子蜂窝晶格波导中，赝自旋模式可以强烈耦合到沿某些方向入射的光束的自旋。散射过程中自旋-轨道转换引起的自旋-赝自旋耦合，对透射光束产生了强烈的光学手征效应。光的自旋-赝自旋耦合为赝自旋介导的自旋或谷选择性光子器件的设计打开了大门。
2016-02-02 physics.optics
Photonic Band Gap in 1D Multilayers Made by Alternating SiO2 or PMMA with MoS2 or WS2 monolayers
原子薄的二硫化钼（MoS2）和二硫化钨（WS2）是非常有趣的光学和电子学二维材料。在这项工作中，我们显示的可能性，以获得一维光子晶体组成的低成本和易于加工的材料，如二氧化硅（SiO2）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），和二硫化钼或WS2单层。利用传输矩阵法和材料的折射率随波长变化的特性，模拟了光子晶体的透射谱。这项研究设想这些新型的光子晶体的光子和光发射应用的实验制造。
2015-08-13 physics.optics
Three-dimensional photonic Dirac points stabilized by point group symmetry
我们发现了一对稳定的三维狄拉克点，三维光子类似的石墨烯，在全介质光子晶体中使用的结构相称的纳米制造可见光频率的光子应用。狄拉克点具有非平凡的$Z_2$拓扑结构，并在空心圆柱六边形光子晶体中出现大范围的材料参数。从Kramers定理和群论出发，我们发现在三维全介质光子晶体中，只有$C_6$对称性才能导致点群对称性稳定的Dirac点。{The狄拉克点的特点是使用${\vec k}\cdot{\vec P}$理论的光子带结合对称性分析。破坏反演对称性将狄拉克点分裂成外尔点。本文还研究了狄拉克点的物理性质和实验结果。狄拉克点被发现是强大的参数调整和弱的障碍。
2018-02-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Deterministic control of all-optical analogue to electromagnetically induced transparency in coherently-coupled silicon photonic crystal cavities
原子系统中的量子相干性已经导致了许多令人着迷的结果，如激光冷却和囚禁、玻色-爱因斯坦凝聚体和电磁诱导透明（EIT）。在EIT中，介质吸收的急剧抵消导致了诸如无反转激光、冻结光和固态系统中光的动态存储等现象。类似于原子系统，类EIT效应可以通过经典和光学手段观察到。本文首次报道了相干耦合驻波光子晶体腔中全光模拟EIT的确定性调谐实验。我们的观察包括三倍以上的单加载腔，Fano型线型，相干腔干涉的逐步控制的相干共振寿命。我们的系统，与波长尺度的本地化和耦合到一个单一的波导，以及通过耦合模式的形式主义，检查延迟的透明度和Fano的线形分析。我们的观察支持应用程序对全光捕获，停止和时间反转的光在固态可扩展的实现。
2008-04-17 physics.optics
Link between the photonic and electronic topological phases in artificial graphene
近年来，无论是在光子学还是在电子学中，对物质的拓扑相的研究都已成为一个非常令人兴奋的研究领域。然而，到目前为止，电子和光子性质一直被认为是完全独立的。在这里，我们建立了同一材料系统的电子和光子拓扑相位之间的联系，并从理论上证明它们是密切相关的。我们提出了一个实现的Halflion模型作为一个图案化的二维电子气，并确定其光学响应使用久保公式。结果表明，图案化电子气的电子和光子相图是严格相关的。特别是，该系统具有平凡的光子拓扑时，反转对称是普遍的破缺对称，而它有一个占主导地位的破缺时间反演对称，类似于电子的情况下，一个非平凡的光子拓扑。为了证实这些预测，我们用数值方法证明了在一个平凡的光子材料的界面上出现了拓扑保护的单向电磁边态。
2017-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic Jackiw-Rebbi states in all-dielectric structures controlled by bianisotropy
电介质粒子的电共振和磁共振最近揭示了一系列令人兴奋的应用，在纳米级的光转向。粒子反转对称性的破坏进一步改变其电磁响应，从而产生双各向异性，也称为磁电耦合。最近的研究表明，磁电耦合在光子拓扑超材料的实现中起着至关重要的作用。为了进一步揭示这一基本联系，我们设计并实验测试了由电介质粒子组成的一维阵列，该阵列具有重叠的电共振和磁共振以及破缺的镜像对称性。翻转阵列中一半以上的元原子，我们观察到界面态的出现，提供了著名的Jackiw-Rebbi模型的光子实现。我们追踪这些状态的起源的事实，即粒子的双各向异性响应的局部修改影响其与相邻的元原子的有效耦合，这提供了一个有前途的途径，工程拓扑光态。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Stabilizing van der Waals NbOI2 by SiO2 encapsulation for Photonic Applications
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Fraunhofer-Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所IOF）；University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化学技术大学）；Max Planck School of Photonics（马克斯·普朗克光子学校）
通过SiO2封装稳定NbOI2，使其在光子应用中具备稳定的非线性光学性能
2026-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Development of a photonic crystal spectrometer for greenhouse gas measurements
为满足高时空分辨率大气观测需求，本文提出一种将光谱仪压缩为单层光子晶体阵列并置于探测器上的新型光学系统，利用计算反演方法获取温室气体浓度，并验证了其探测甲烷和二氧化碳的性能。
2024-11-04 physics.ins-det physics.optics
Silicon Integrated Photonic Waveguide Polarizers with 2D MoS2 Films
本文将二维MoS2薄膜集成到硅光子波导上实现光学偏振器，实验获得约21 dB偏振相关损耗、约4.2品质因数及超过100 nm带宽，展示了高性能片上偏振选择器件的潜力。
2025-09-22 physics.optics
Maxwell-Bloch modeling of an x-ray pulse amplification in a 1D photonic crystal
我们提出了一个实施的Maxwell-Bloch（MB）形式主义的X射线发射动力学的研究周期性多层材料，无论是人工或天然的。该处理是基于一个直接的时域有限差分法（FDTD）的麦克斯韦方程组结合布洛赫方程的解决方案，将随机自发发射噪声。除了材料的周期性之外，处理区分两种类型的层，那些是活性的（或共振的）和那些是非共振的。数值模型被应用到多层材料中的$Kα$发射的问题，其中的粒子数反转可以通过快速的内壳层光电离由X射线自由电子激光（XFEL）。通过数值模拟说明了布拉格衍射条件下所产生的放大荧光的特异性。相应的脉冲可用于X射线与物质的非线性相互作用的具体研究。
2021-02-17 physics.optics quant-ph
Nonlinear optical processes in centrosymmetric systems by strong-coupling-induced symmetry breaking
与偶阶非线性相关的非线性光学过程对于经典和量子技术都是至关重要的。然而，反演对称性，防止非线性光学响应介导的偶阶介导的几种材料系统中的纳米光子学的应用有关。在这里，我们展示了诱导的非线性光学过程，即二次和四次谐波产生，自然禁止在反演对称系统，通过强耦合到一个高Q光学腔的光子模式。作为一个具有反转对称性的系统，我们考虑了一个具有单个有效电子的GaAs半导体量子环，对于耦合系统，我们通过改变光-物质耦合强度来控制反转对称性破缺，同时调节非线性转换效率。我们发现，谐波产生的产量可以显着增加，通过增加光-物质耦合强度在实验上可行的方式。在少数光子的限制，入射泵浦场是一个相干态，只有几个光子，我们发现，谐波转换效率增加强耦合，而不是使用强泵浦场。这种新的方法适用于各种各样的中心对称系统的对称性破缺休息的光子环境用于实现强光-物质相互作用的属性。我们的工作构成了一个方向，实现物理禁止的非线性光学过程的中心对称材料中广泛采用的集成光子学的应用。
2022-02-22 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
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
Optical amplification enhancement in photonic crystals
提高和控制增益介质的效率是激光研究中最具挑战性的问题之一。通过测量掺杂激光染料的蛋白石基光子晶体的增益长度，我们发现面心立方光子晶体沿γ-K对称方向的光放大增强了20倍以上。这些结果从理论上解释的状态密度的方向变化，提供了一个定量的状态密度和光放大之间的联系。
2010-09-14 physics.optics
Chirality Inversion and Giant Optical Activity in Scalable Self-Assembled Metamaterials
Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPIKG)（马克斯·普朗克胶体与界面研究所）；Department of Chemistry, University of Cambridge（剑桥大学化学系）；Institute of Light and Matter, Claude Bernard University Lyon 1, CNRS（里昂第一大学克劳德·贝尔纳大学光与物质研究所，法国国家科学研究中心）
本研究开发了可规模化组装的分级螺旋超材料，实现了强等离子体光学活性与手性反转，还可回收金纳米颗粒，为可持续手性等离子体材料提供了新方案。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Control of absorption of monolayer MoS$_{2}$ thin-film transistor in one-dimensional defective photonic crystal
从理论上研究了一维缺陷光子晶体（d-1DPC）中单层$_{2}$的光吸收和透射特性。研究表明，强干涉效应降低了微腔特定区域的光子密度。d-1 DPC能降低单层MoS $_{2}$的光吸收，增强光透过率。研究了单层MoS $_{2}$与有机发光二极管位于同一微腔内时，单层MoS $_{2}$的光吸收对光子局域化效应的影响.然而，单层MoS $_{2}$并不通过调节单层MoS $_{2}$在微腔中的位置来降低光的局域化效应。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Controlling the Spontaneous Emission Rate of Monolayer MoS$_2$ in a Photonic Crystal Nanocavity
我们报道了控制二硫化钼（MoS $_2$）单层与平面光子晶体（PPC）纳米腔耦合的自发发射（SE）率。空间分辨光致发光（PL）映射显示出强烈的变化时，发射的MoS $_2$单层的PPC腔，PPC晶格上，空气间隙上，和未图案化的磷化镓衬底上。腔耦合MoS $_2$发射的偏振依赖性显示出比未耦合发射强5倍以上的提取PL强度，这表明MoS $_2$ SE率的潜在腔模Purcell增强超过70倍。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electric-Field-Induced Second-Harmonic Generation
本文综述了电场诱导二次谐波生成（EFISH）效应的原理、材料平台、电场工程策略及其在可调谐光子器件和非线性光学调制中的新兴应用与未来挑战。
2025-07-12 physics.app-ph physics.optics
Tailoring Properties of Magneto-Optical Photonic Crystals
磁光光子晶体（MOPC）作为法拉第旋转器，可实现45 °旋转，并通过光致发光效应补偿插入损耗，在低维激光器中得到了广泛的应用。在低维传感器中，MOPC充当滤光器以选择性地仅检测某些波长的光。结合光致发光效应，传感器可以被设计成能够检测具有极低强度的信号，因此具有高量子效率。在这项工作中，MOPC与各种铒掺杂剂浓度，作为光致发光中心，在高泵浦功率制度下建模与0.985反转布居，以确定最小的铒浓度和层数为目标45度FR，0.9的透射率和最小的椭圆率在共振波长1531 nm。进一步优化的磁光（MO）性能与微腔内的MOPC的位置进行了研究。一个最佳的多层配置和组合物被确定与减少铒浓度和总厚度相比，以前报道的，而不损害目标MO性能。
2019-07-25 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Second-harmonic generation using 4-bar quasi-phasematching in a GaAs microdisk cavity
在诸如GaAs的材料中的4条晶体对称性可以实现准相位匹配以用于有效的频率转换，而没有极化、孪生或其他工程畴反转。4-棒对称意味着90度旋转等同于晶体学反转。因此，光绕4-bar轴循环的传播几何形状产生有效的畴反转，这对准相位匹配有用。微盘光学腔还提供共振场增强和出色的空间重叠，从而在微米级体积中实现高效的频率转换。这些器件可以作为紧凑的辐射源或纠缠光子集成在光子电路中。高效的二阶频率转换是非线性半导体微盘谐振器的一种新功能，它以前已经被探索用于全光电路，如开关，信号路由器和光学逻辑门。微谐振器阵列可以产生慢光和鲁棒的光学延迟线。在这里，我们提出了有效的二次谐波产生在微盘腔利用4杆准相位匹配的第一个实验观察。
2012-10-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Demonstration of Spatial Self Phase Modulation based photonic diode functionality in MoS2/h-BN medium
本文利用MoS2纳米瓶的热致空间自相位调制效应，结合h-BN的可饱和吸收响应，实现了非互易光传播，并在液-固和固-固器件中演示了光子二极管功能。
2023-09-17 physics.app-ph physics.optics
Controlling scattering of light through topological transitions in all-dielectric metasurfaces
凝聚态系统中的拓扑相变显示了极其丰富的物理学，揭示了诸如拓扑绝缘体、超导体和超流体等奇异的物质状态。光子拓扑系统开辟了一个全新的研究领域，与凝聚态系统有许多重要的区别。光子模式可以耦合到自由空间模式的连续谱，这使得通过拓扑结构控制和操纵光子结构的散射特性成为可能。同时，光子态的散射和拓扑性质的直接联系允许通过Fano共振通过光谱手段对其进行探测。在这里，我们证明了由全介质超颖表面支持的模式的辐射耦合可以控制和调谐下的拓扑相变由于带反转，相应地诱导与频带相关的谐振的品质因数的一个独特的开关。此外，我们开发了一种技术，从测量的远场散射特性检索的拓扑特性的全介质超颖表面。收集的角度分辨透射和反射光谱允许提取光子模式的动量相关频率和寿命。这使得有效的光子哈密顿量的检索，包括一个合成的规范场的影响，和拓扑不变量~--赝自旋陈数。因此，我们的研究结果开辟了一条新的途径，设计一类新的超颖表面通过拓扑效应控制独特的散射特性。这项工作还演示了如何通过远场测量来探索开放系统的拓扑状态。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Silicon-nitride photonic circuits interfaced with monolayer MoS$_2$
我们报告的集成单层二硫化钼与氮化硅微谐振器组装的粘弹性层转移技术。从谐振器模式到单层的倏逝波耦合通过腔传输的测量来确认。该几何形状的单层半导体薄片的吸收被确定为850 dB/cm，这大于具有相同厚度的石墨烯和黑磷的吸收。该技术可应用于各种单层半导体，用于组装混合光电子器件，例如在宽光谱范围内工作的光电探测器和调制器。
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High speed silicon photonic electro-optic Kerr modulation
电光硅基调制器有助于简化经典光通信或量子计算机的高速和低功耗电路的集成。然而，硅晶体结构中的反转对称性抑制了普克尔斯效应的使用。利用直流克尔效应可以在硅中实现等效于普克尔斯效应的电场诱导光调制。虽然一些理论和实验研究已经证明了它在硅中的存在，但到目前为止，光调制中的DC克尔效应的贡献可以忽略不计。本文报道了基于硅PIN结波导中电场诱导线性电光效应的高速光调制。等离子体色散和克尔效应的相对贡献进行了量化，我们表明，克尔引起的调制是占主导地位的高外部直流电场施加时。最后分析了高速调制响应，得到了100 Gbits/s的非归零码的眼图。这项工作展示了基于硅中克尔效应的高速调制，以及其低损耗、准纯相位调制的潜力。
2023-02-27 physics.app-ph physics.optics
Exciton Assisted Deeply Subwavelength Nano-Photonics
该研究利用MoS_2激子与光子耦合，实现了尺寸约λ/16的深度亚波长光限制，通过近远场测量验证，有望大幅缩小集成光子器件尺寸。
2023-02-13 physics.app-ph 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
Self-assembled tunable photonic hyper-crystals
我们提出了一种新型的人工光学材料，光子超晶体，它结合了双曲型超材料和光子晶体的最有趣的功能。与双曲型超材料类似，光子超晶体由于光子波矢没有衍射极限而表现出光子态密度的宽带发散。另一方面，与光子晶体类似，非寻常光子的双曲型色散规律在布里渊区边界附近受到禁带的调制。通过对钴纳米颗粒基磁流体施加外加磁场，实现了光子超晶体的三维自组装。光子超晶体的独特光谱特性导致材料对钴纳米颗粒的单层涂层的极端敏感性，这应该在生物和化学传感中找到许多应用。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Degenerate optical parametric amplification in CMOS silicon
硅是光子学的常用材料，因为它在电信和中波IR波段具有良好的光学特性，并且与各种互补金属氧化物半导体（CMOS）铸造工艺兼容。晶体反转对称性排除了硅本身表现出二阶非线性光学过程。在这项工作中，我们建立在硅光子学的最新工作，打破这种材料的对称性使用大偏置场，从而使$χ^{(2)}$相互作用。使用这种方法，我们证明了二次谐波产生（与$0.2\,\%\,\mathrm{W^{-1} cm^{-2}}$的归一化效率）和，据我们所知，第一个退化的$χ^{(2)}$光参量放大器（与相对增益$0.02\,\mathrm{dB}$使用$3\,\mathrm{mW}$的泵浦功率片上的泵浦波长$1196\,\mathrm{nm}$）使用硅绝缘体波导在CMOS兼容的商业代工厂制造。我们希望这项技术能够通过利用CMOS制造的广泛生态系统，将新型非线性光学器件（如光学参量放大器，振荡器和频率转换器）集成到大规模混合光电系统中。
2022-07-15 physics.app-ph physics.optics
Electronics and photonics: two sciences in the benefit of solar energy conversion
本文就两门科学：电子学和光子学向等离子体和太阳能转换的发展提出了个人的观点。通过比较，并从未来新型太阳能器件的角度，指出了这两个学科的新的研究方向。提出了电子学与光子学的平行关系和等效关系.从电子学中的电子开始，光子，光子学中的孤子和等离子体，电缆-光纤，等离子体波导，电路-光学电路，电晶体管-光学晶体管，等离子体怪物，发电机-脉冲激光器和spaser，光子学逐步获得电子学中已经存在的所有工具。太阳能可以通过多种方式转换，最为人所知的是转换成电能。今天，我们需要的能量是以电力的形式，因为我们使用的大多数设备都是基于电力的：信息学，电机等。然而，随着光电路，光学晶体管等光子学的进步，表明光子学信息学是可能的。此外，光学操纵和光学引擎的概念已经实验证明。如果激光推进能够实现，光学引擎也能工作，那么明天的问题是：“我们将来还能用电吗？”明天的太阳能设备会是什么？"
2012-09-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-Optical Domain Inversion in LiNbO3 Crystals by Visible Continuous-Wave Laser Irradiation
本文首次提出利用连续波可见光在 LiNbO3 晶体中实现全光畴反转，无需电极光刻，方法简单低成本，并通过多种实验技术验证了其在掺铁和未掺杂 LiNbO3 中的可行性。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Low-Symmetry Nanophotonics
光子学和光电子学是从高速互联网到人工智能系统、汽车激光雷达和光学量子计算等广泛技术的基础。光使超快的速度和低能量的全光学信息处理和传输，特别是当被限制在纳米级，在光与物质的相互作用揭示新的现象，局部对称性的作用变得至关重要。在这个角度来看，我们讨论了对称违规如何提供独特的机会，纳米光子学，剪裁波的相互作用在纳米结构的广泛的功能。我们讨论了局部表面极化激元的几何对称性破缺，莫尔光子学的物理学，谷电子学和无辐射状态控制的面内反转对称性破缺，光学非互易性的时间反演对称性破缺，以及宇称-时间对称性破缺。总的来说，我们的观点旨在在一个统一的保护伞下呈现对称性破缺在控制纳米级光中的作用，及其在光学技术中的广泛应用。
2021-06-29 physics.app-ph physics.optics physics.soc-ph
