Efficient Photonic Crystal Cavity-Waveguide Couplers
对光子晶体（PC）线性三孔缺陷腔（L3）与PC波导的耦合进行了理论和实验研究。该系统被设计成增加渐逝腔场和波导模式之间的重叠，并且在波导的线性色散区域中操作。我们的模拟表明，增加耦合时，腔是由60度相对于波导轴倾斜，我们也证实了实验。我们获得了高达90%的耦合效率到波导。
2006-10-13 physics.optics
Design and implementation of a tunable composite photonic crystal cavity on an optical nanofiber
本文提出了一种新的设计和实现可调谐腔的方法。其关键是将ONF与啁啾周期缺陷模光栅相结合，形成复合光子晶体腔（CPCC）。使用数值模拟，我们设计的CPCC与低散射损耗，同时调谐\pm 10 nm左右的设计波长的腔谐振波长。我们实验证明的CPCC的可调性，表现出良好的协议与模拟结果。我们的结果奠定了一个多功能的平台，ONF腔量子电动力学与窄带量子发射器的基础。
2020-07-07 physics.optics
Dual-polarization light emission from InAs quantum dots in a annular photonic crystal cavity
环形光子晶体是实现双偏振光子器件的理想材料。本文主要研究环形光子晶体腔，以验证其在光发射方面的应用。提出了一种二维光子晶体模型，该模型中含有环形空气单元和点线缺陷，用于构建腔体来增强InAs量子点的发光。利用全局优化方法，我们得到了一个环形光子晶体腔的设计，该腔在横向电场和横向磁场方向上的面内品质因数分别达到1.3 × 105和2.8 × 106。基于电子束光刻和反应离子刻蚀技术，这种腔图形转移到InAs/GaAs有源层的顶部。样品的光致发光光谱表明，在1.3 μ m左右的两个偏振的清晰的光发射。这种双偏振光发射器在光通信、量子信息处理等相关领域具有潜在的应用价值。
2014-05-26 physics.optics
Silicon photonic crystal cavity enhanced second-harmonic generation from monolayer WSe2
纳米谐振器与二维材料（如过渡金属二硫属化物）的集成是近年来出现的一种很有前途的纳米光电平台。在这里，我们展示了共振增强二次谐波产生（SHG）在钨二硒使用硅光子晶体腔。通过在通信波长处用腔模附近的超快激光脉冲泵浦该器件，我们观察到了一个具有窄线宽和近单位线偏振的近可见倍频，起源于泵浦光子与腔模的耦合。所观察到的SHG增强了约200倍的裸单层硅相比。我们的研究结果表明，腔集成单层材料的非线性光学的有效性和潜在的硅兼容的二阶非线性集成光子平台的建设。
2016-07-18 physics.optics
Low mode volume slotted photonic crystal single nanobeam cavity
我们提出并实验证明了一个开槽的光子晶体单纳米梁腔在硅。槽的几何形状被用来实现超小的有效模体积，~0.025（λ/n）^3，比传统的纳米梁腔小一个数量级以上。一个连续的槽和锥形光子晶体的设计实现了实验品质因数接近10^4。这种器件结构为实现增强的光-物质相互作用提供了一个独特的平台，并可用于各种应用，包括非线性光学，腔量子电动力学，传感，光学调制和纳米光学机械。
2012-06-29 physics.optics
Cavity-Enabled Self-Electro-Optic Bistability in Silicon Photonics
提出了一种利用光腔内自电光效应的新型硅光子器件。由于双稳态不依赖于材料的固有光学非线性，而是通过光电反馈来设计，因此它出现在低光功率下。该器件满足光开关的所有基本要求，可用于构建可扩展的数字光计算系统。
2014-04-16 physics.optics
Coupled mode theory for photonic crystal cavity-waveguide interaction
本文导出了考虑波导色散的光腔与波导相互作用的耦合模理论。该理论可应用于光子晶体腔波导结构。我们推导出一个解析解的添加和删除光谱所产生的这种相互作用的限制线性色散。在此极限下，当相互作用较弱时，谱能准确地预测冷腔品质因数。我们数值求解耦合模方程的情况下，腔与带边的周期性波导，线性色散不再是一个很好的近似。在这种情况下，态密度可以使加和减谱失真。这种失真可能导致腔Q的超过一个数量级的高估。
2005-04-11 physics.optics
Highly efficient optical filter based on vertically coupled Photonic crystal cavity and bus waveguide
我们实验证明了一种新的光学滤波器设计的基础上，垂直耦合的光子晶体腔和总线波导单片集成在绝缘体上的硅平台。垂直耦合波导的使用在波导材料和尺寸的选择方面提供了灵活性，显著地降低了插入损耗，同时实现了对波长级谐振器的非常高的耦合效率
2012-10-15 physics.optics
Optimized design of a Silica encapsulated photonic crystal nanobeam cavity for integrated Silicon-based nonlinear and quantum photonics
光子谐振器允许将电磁场限制在超小体积中并且具有长的衰减时间，对于许多需要增强非线性效应的应用是至关重要的。对于片上集成光子器件的应用，紧凑性和优化的面内传输也成为相关的品质因数。在这里，我们优化封装的Si/SiO $_2$光子晶体纳米梁腔在电信波长的全局优化程序，其中只有前几个孔周围的腔是不同的，以减少其辐射损耗。该策略允许在具有约$8~μ$ m $^2$的创纪录小覆盖区的结构中实现接近1000万的固有品质因数、子衍射极限模式体积和高于65\%的面内透射。我们的地址和定量评估的主要数字的品质对纳米梁长度和制造混乱的依赖。最后，我们从理论上给出了这种器件的单光子非线性的实际估计，这为低功耗非线性和量子光子学的前瞻性实验提供了希望。
2019-10-23 physics.optics
Cavity Solitons as a Nonlinear Substrate for Photonic Neuromorphic Computing
Université libre de Bruxelles (ULB)（布鲁塞尔自由大学）
本文提出利用光纤腔体中的孤子作为光子神经形态计算的非线性基质，通过相位调制驱动激光编码输入，并利用频率分辨读出获取共振状态，数值模拟表明凯利波的发射增强了动态特性并提升了机器学习任务的性能。
2026-05-19 physics.optics
Interaction between dual cavity modes in a planar photonic microcavity
从理论上研究了光通信波长范围内平面光子微腔结构中双腔模之间的相互作用。结合实际的微腔结构，分析了腔模的合并和分裂。通过改变两个腔之间的层数，实现了双腔谐振到单腔谐振的合并。通过增加微腔结构前后反射镜的反射率，实现了单腔谐振向双腔谐振的分裂。从结构参数的角度建立了腔模合并和分裂的阈值条件。根据微腔结构中的电场强度分布，讨论了双腔模合并为单腔谐振的物理根源。双腔模微腔结构可用于产生纠缠光子对，实现激子与光子的强耦合，以及用于光通信中的高分辨率多波长滤波器。
2014-11-27 physics.optics
A picogram and nanometer scale photonic crystal opto-mechanical cavity
我们描述的设计，制造和测量的腔光机械系统组成的两个纳米梁的氮化硅在彼此的近场，形成一个所谓的“拉链”腔。将光子晶体图案化应用于纳米梁，以将光学能和机械能局部化到相同的1/2微米尺度体积。结构的微克级质量，以及强大的每光子光学梯度力，导致巨大的光学弹簧效应。此外，一种新的阻尼制度的探索，其中小的热容量的拉链腔的结果在蓝失谐光机械阻尼。
2008-12-16 physics.optics
Spontaneous emission control of single quantum dots by electromechanical tuning of a photonic crystal cavity
我们演示了嵌入在双膜光子晶体腔中的单个InAs量子点的自发发射率的控制的机电调谐的腔谐振。用静电场控制两个膜之间的分离，我们获得了腔模式与激子线的实时光谱对准，并且我们观察到共振时自发发射率的增强。腔已被调谐超过13 nm，而不转移激子能量。当点与模的耦合效率为92%时，获得了4.5的自发发射增强。
2012-07-12 physics.optics
A photonic crystal cavity-optical fiber tip nanoparticle sensor for biomedical applications
我们提出了一种传感器，能够检测基于溶液的纳米粒子使用光纤尖端功能化的光子晶体腔。当被淹没后，从纳米粒子溶液中撤回传感器的提示，我们发现，对流流体力和光诱导捕获的组合导致纳米粒子的聚集直接形成在腔体表面上。耦合到光纤的量子点光致发光的简单读出表明，纳米颗粒的存在和浓度可以通过修改的腔特性来检测。我们的传感器可以检测金和氧化铁纳米颗粒，并可用于生物医学中的分子传感应用。
2012-04-03 physics.optics
Tamm plasmon Photonic Crystals : from Bandgap Engineering to Defect Cavity
首次报道了Tamm等离子体光子晶体的带隙工程--金属层周期性地图案化为亚波长周期晶格的Tamm等离子体结构。通过采用双周期设计，我们在实验上证明了一个完整的光子带隙高达$150\,nm$在电信范围内。此外，这种设计提供了很大的灵活性，以按需且独立地定制从$30\,nm$到$150\,nm$的带隙大小及其在$50\,nm$内的光谱位置。最后，通过在Tamm等离子体光子晶体中引入缺陷腔，实验证明了$1.6μm$的最终腔支持单个高度受限的Tamm模式。所有的实验结果与数值计算完全一致。我们的研究结果表明，工程师与混合金属/电介质结构的表面模式的新的带色散的可能性，从而打开了道路，Tamm等离子体在拓扑光子学，超材料和宇称对称物理的应用。
2018-10-14 physics.optics
Nanobeam photonic crystal cavity quantum dot laser
研究了室温下镶嵌InAs量子点的一维GaAs纳米梁腔的激光行为。在整个量子点PL光谱中观察到激光，并计算了阈值的波长依赖性。我们研究了780 nm和980 nm泵浦下的腔激光器，发现两个泵浦波长的阈值分别低至0.3 uW和19 uW。最后，纳米束腔激光器波长通过在腔附近采用光纤锥来调谐高达7nm。光纤锥用于有效地泵浦腔并收集腔发射。
2010-03-05 physics.optics
Cavity-coupled guided resonances with high quality factors in photonic crystal heterostructures
研究了由二维单层光子晶体和两层无源多层光子晶体构成的光子晶体异质结构腔的光学特性。在多层膜的阻带范围内，多层膜的倏逝波激发了夹层结构的导频共振，其品质因数约为10 e ~ 6。所计算的场分布有助于区分所提出的设计的腔缺陷模式和耦合的引导谐振。的共振线的形状解释使用的理论模型。与缺陷模相比，这些谐振模的激射阈值显著降低。这些结果将在设计紧凑型基于PhC的超低阈值激光器和窄带滤波器中找到应用。
2015-10-01 physics.optics
Photonic quadrupole topological phases in zero-dimensional cavity with synthetic dimensions
四极拓扑绝缘体是最近在二维空间晶格中得到证实的一种角态结构。本文利用0维光学腔设计了第一个全合成空间光子四极拓扑绝缘体。光的频率和轨道角动量（OAM）被用来形成二维合成空间。四个简并偏振态被映射到单位晶胞内的内部晶格位置。通过适当地设计不同频率、不同偏振态和不同偏振态的腔模之间的耦合，得到了理想的合成四极拓扑绝缘体。利用鲁棒的合成角态，提出了实现多光子纠缠态拓扑保护的可能性。我们所设计的光子四极拓扑绝缘体为研究一维系统中的高阶拓扑相提供了一个独特的平台，在量子信息和通信领域具有潜在的应用价值。
2019-11-28 physics.optics
Surface state photonic bandgap cavities
提出并分析了一种基于有限光子晶体表面态的高Q谐振腔。我们证明，这样的腔可以有一个Q因子与传统的光子带隙缺陷模腔之一。同时，表面模腔的显著特征是它直接位于光子晶体的表面。这可能会为新型光子器件的设计和光子电路的集成开辟新的可能性。
2005-07-01 physics.optics
Bright Second Harmonic Emission from Photonic Crystal Vertical Cavity
通过构建置于两个光子晶体之间的铌酸锂膜垂直腔，实现了0.28%的高效二次谐波生成，为紧凑型激光频率转换器开辟了新途径。
2023-07-29 physics.optics
Photonic frequency microcombs based on dissipative Kerr and quadratic cavity solitons
光学频率梳具有精确控制的宽范围谱线，是许多科学突破的关键技术。除了基于锁模激光器的传统实现之外，基于高Q微谐振器中的耗散克尔和二次腔孤子的光子频率微梳在要求紧凑的占地面积、低成本、良好的能量效率、大梳间距和访问非常规光谱区域的应用中已经变得非常宝贵。本文综述了光子频率微梳的最新研究进展，并讨论了如何利用各种现象来提高微梳的性能，使其在光学原子钟、光学频率合成器、精密光谱学、天体光谱仪校准、生物医学成像、光通信、相干测距和量子信息科学等方面具有广泛的应用前景。
2022-12-29 physics.optics
Optomechanical coupling in a two-dimensional photonic crystal defect cavity
周期性结构的材料可以维持光学和机械模式。本文研究和实验观察了一个模体积为$\sim$ $3(λ/n)^{3}$的二维悬浮光子晶体缺陷腔的光机械特性。观察到两个家庭的机械模式：弯曲模式，与整个悬浮膜的运动，和本地化模式的频率在GHz制度对应于本地化的声子在光学缺陷腔的衍射限制的大小。我们演示了直接测量的光机真空耦合率使用频率校准技术。最高测量值超过250 kHz，表明在这种结构中的光学和机械模式的强耦合。
2010-11-29 physics.optics
A Cratered Photonic Crystal Cavity Mode for Nonlocal Exciton-Photon Interactions
相干界面的光学纳米腔通常在中心点处具有其电场最大值，这通常有利于与小的局域量子发射体的相互作用。在这里，我们提出了一个部分厚度调制的二维平板光子晶体腔的凹坑腔模式功能，以改善非局域相互作用。厚度调制施加在中心区域周围，并且对边缘电场几乎没有影响，边缘电场决定了与波导或其他腔的耦合。此外，部分调制增强了远离中心点的位置处的凹陷电场。因此，与多个分离的发射体的相互作用同时增强，并且与超过偶极近似的大发射体的相互作用也加倍。非定域相互作用的改善为凹坑腔模分布在量子光子网络中的应用展示了巨大的潜力。
2019-06-23 physics.optics
High performance graphene oxide-based humidity sensor integrated on a photonic crystal cavity
报道了一种在光子晶体（PC）腔体上涂覆几层氧化石墨烯（GO）的高性能相对湿度（RH）微传感器。由于GO层具有高的水活性并且与倏逝腔模式强烈地相互作用，因此GO-PC腔在不同湿度水平下的暴露导致显著的谐振波长偏移，在60%-85%RH的范围内示出0.68nm/%RH的斜率。通过询问腔反射的功率变化，微传感器呈现出超过3.9dB/%RH的灵敏度。依靠水分子通过GO夹层的无阻碍渗透和腔模式的微尺度分布，集成传感器具有小于100 ms的响应时间，这保证了对人类呼吸的成功测量。结合易于制造，这种高性能的RH传感器具有潜在的应用，需要光学访问，设备紧凑，快速的动态响应。
2017-01-10 physics.optics
Hybrid photonic-plasmonic cavity design for very large Purcell factors at telecom wavelengths
混合光子-等离子体腔可以被定制为同时显示高Q因子和极小的模体积，这导致大的Purcell因子FP值。在不同的混合配置中，那些基于纳米粒子在一个镜子（NPoM）等离子体腔提供了最低的模式体积之一，虽然到目前为止，他们的操作已被限制在1 μm以下的波长。在这里，我们提出了一种混合结构，该结构由硅光子晶体腔组成，该腔的中心有一个缝隙，其中引入了金纳米颗粒。该混合系统工作在电信波长，并提供高Q因子值（Q ${\approx} 10^{5}$）和小归一化模体积（Vm ${\approx} 10^{-4}$），导致极大的Purcell因子值FP ${\approx} 10^{7}$ - ${10^{8}}$。所提出的腔可用于不同的应用，如分子光力学，生物和化学传感，全光信号处理或增强拉曼光谱在相关的电信波长范围。
2022-04-11 physics.optics
Transverse Magnetic Mode Laser in Photonic Crystal Nanobeam Cavity
我们首次在室温下用光子晶体（PhC）平板结构实现了横磁（TM）模激光。这项研究提出了一种光子晶体纳米梁（NB）腔，以支持高品质因数（Q因子）TM模式。对于大且完整的光子带隙，PhC NB结构由厚电介质板中的大空气孔组成。通过从中心到边缘二次减小空气孔的半径，对PhC NB腔进行了数值优化，以获得超过1，000，000的高Q因子TM模式。在室温下，通过光脉冲泵浦，在InGaAsP量子阱（QW）嵌入优化的PhC NB腔结构中观察到了单一TM模激光作用，其中QW层被轻微蚀刻。我们相信，TM模式激光器在PhC NB腔与轻度蚀刻量子阱可以作为一个很好的候选人的表面等离子体激元激发源或高灵敏度的光学传感器。
2022-12-21 physics.optics
Theory and Application of Cavity Solitons in Photonic Devices
本文综述了腔孤子的理论、性质与广泛应用，涵盖光学信息处理及频率梳在通信、计量和量子技术中的关键作用。
2025-09-07 physics.optics
Coupled-mode theory for stimulated Raman scattering in high-Q/Vm silicon photonic band gap defect cavity lasers
我们证明了受激拉曼散射的动力学设计的高Q/Vm的硅光子带隙纳米腔通过耦合模理论框架对光泵硅激光。其他chi（3）效应，如双光子吸收和光学克尔，相关的自由载流子动力学，热效应，以及线性损耗，如腔辐射和线性材料吸收的相互作用，包括和数值研究。我们的结果澄清了机制的相对贡献和演变，并证明了激光和关闭阈值。我们的研究阐明了在单片硅高Q/Vm光子带隙缺陷腔中实现连续波和脉冲高效拉曼频率转换的条件。
2006-07-06 physics.optics
Gain enhanced Fano resonance in a coupled photonic crystal cavity-waveguide structure
具有耦合腔和波导的系统已经被证明是光学开关和光学传感器。为了优化这些光学器件的功能，使用了具有不对称和陡峭谱线形状的Fano共振。理论上提出了一种耦合光子晶体腔-波导结构，通过在波导中放置部分反射元件来实现Fano谐振。为了增强Fano共振，在腔中引入了光学增益材料。随着增益的增加，传输线的形状变得陡峭，并且透射率可以增强六倍，从而通过小的频移提供大的对比度。展望了增益增强Fano共振在光开关和光传感器中的应用前景。
2016-12-05 physics.optics
Photonic logic tensor computing beyond TOPS per core
首次提出光子逻辑张量计算架构并制备光子通用逻辑张量核（PULTC），通过微环调制器非线性映射与马赫-曾德尔干涉仪网格配置实现超越TOPS的大规模并行通用逻辑计算。
2025-04-29 physics.optics
Observations of temporal group delays in slow-light multiple coupled photonic crystal cavities
我们证明了相干耦合高Q多腔光子晶体中的时间群延迟，在一个全光模拟电磁诱导透明。我们报告确定性控制的群延迟高达4倍的单腔寿命在我们的CMOS制造的室温芯片。在三维数值模拟和理论分析的支持下，我们的多泵浦光束方法可以控制单透明峰和双透明峰中的多腔谐振和腔间相位。驻波波长尺度的光子局域化允许芯片级光脉冲捕获和耦合腔QED的直接可扩展性。
2010-04-20 physics.optics
A 1.16-μm-radius disk cavity in a sunflower-type circular photonic crystal with ultrahigh quality factor
通过将圆盘嵌入到向日葵型圆形光子晶体（CPC）中，我们设计了一个半径为1.16- \mum的圆盘谐振腔。CPC的带隙降低了盘的回音壁模式的弯曲损耗，导致模拟的Q值为10^7，比相同尺寸的裸盘高至少一个数量级。实验验证了该设计，从一个优化的设备上制造的绝缘体上硅衬底上测得的7.4 \times 10 ^5的高负载Q值。
2012-06-04 physics.optics
Three-dimensional photonic band gap cavity with finite support: enhanced energy density and optical absorption
数值研究了单腔掺杂三维光子带隙晶体中光的传输和存储。晶体有有限的支撑，因为它被真空包围，就像在实验中一样。因此，我们采用有限元方法来模拟的钻石般的逆木堆晶体，包括两个正交阵列的孔在高折射率的电介质，如硅，并已在实验上实现了CMOS兼容的方法。一个点缺陷，作为谐振腔的功能是形成在两个选定的正交孔的半径小于在晶体的体积的近端区域。我们提出了一种场-场互相关方法来识别有限支撑晶体中的共振，缺陷态出现在无限晶体的三维光子带隙中。在观察到的5个角度无关的腔共振中，对于X或Z方向上的入射光，一个是s偏振的，4个是p偏振的。值得注意的是，高达Q = 1000的品质因数出现在这样薄的结构（3个晶胞）中。我们发现，光学能量密度显着增强腔共振高达2400倍的入射能量密度在真空中或高达1200倍的能量密度的等效有效介质。我们发现，一个逆木堆光子带隙腔与适当调整的晶格参数揭示了大量的吸收在可见光范围内。在3D光子带隙之下，由于离散基腔模式与由光子晶体散射的连续光之间的干涉而产生法诺共振。我们认为，我们的三维光子带隙腔的五个本征态具有四极对称性，在类比的d-类过渡金属轨道。我们的结论是，倒木堆腔提供了有趣的应用前景，在光学传感和photopolics。
2018-08-16 physics.optics
Localized guided-mode and cavity-mode double resonance in photonic crystal nanocavities
我们研究了利用光子晶体中缺陷束缚的导模来实现双共振。当激发和发射波长同时与局域导模和腔模共振时，已经观察到光致发光增强三个数量级以上。我们发现，本地化的导模是相对不敏感的偏振之一的缺陷的大小，允许灵活的控制波长组合。这种双共振技术有望在多种系统中实现光致发光和非线性波长转换效率的增强。
2014-12-18 physics.optics
Two-dimensional phononic-photonic bandgap optomechanical crystal cavity
我们提出了一种人工晶体结构的制造和表征，该结构由硅薄膜形成，该硅薄膜具有用于微波X波段声子的全声子带隙和用于近红外光子的二维伪带隙。晶体结构中的工程缺陷用于在平面晶体的带隙中定位光学和机械共振。双音光谱被用来表征腔系统，显示出在195 THz的基本光学腔共振和9.3GHz的共局域机械共振之间的220 kHz的大真空耦合率。
2014-01-07 physics.optics
Chiral modes near exceptional points in symmetry broken H1 photonic crystal cavities
H1光子晶体腔支持正交线性偏振的两个简并偶极模式，当用$π$ / $2$相位差驱动时，这两个简并偶极模式可以产生圆偏振场。然而，制造误差往往会破坏腔的对称性，这会提高模式的简并性，使得腔不适合支持圆偏振。我们证明了数值，诱导腔模式中的手征性的计划，从而实现了腔，支持固有的圆偏振。通过选择性地改变腔体周围的两个空气孔，偶极模可以通过非对称相干后向散射（非厄米过程）相互作用。在适当的空气孔参数下，腔模接近例外点，在频率和线宽上合并，并产生接近于1的显著圆偏振。手性的手性可以根据改性的空气孔的选择来选择。我们的研究结果突出了使用H1光子晶体腔的应用，如谷电子学，自旋光子接口和产生具有明确定义的自旋的单光子的手性光物质耦合的前景。
2021-07-30 physics.optics
Hybrid Si-GaAs photonic crystal cavity for lasing and bistability
本文提出一种混合Si-GaAs光子晶体腔设计，通过3D FDTD仿真和混合模式工程化，在无需直接图案化GaAs的情况下实现腔模式限制，并展示了与量子点的强相互作用，实现低功率阈值激光和光学双稳态。
2023-02-06 physics.optics
Large Quality Factor Enhancement Based on Cascaded Uniform Lithium Niobate Bichromatic Photonic Crystal Cavities
在本文中，通过级联多个双色光子晶体，我们证明了品质因数可以大大大于在一个孤立的腔，而不增加总的尺寸的设备。以钛酸锂光子晶体为例，计算结果表明，当倾斜角为70°时，级联腔的品质因数可达10^5，比孤立腔的品质因数高一个数量级。该器件可以很容易地用现有的锂离子刻蚀技术制备。我们已经实验性地制造了所提出的器件，包括具有70°倾斜角的孔。该工作有望为高品质因数光子晶体腔的设计提供指导。
2022-10-21 physics.optics
Reconstructive Spectrometer using Photonic Crystal Cavity
光学光谱仪推动了广泛领域的科学和技术进步。虽然具有优异性能指标的复杂系统在受控实验室环境中很好地服务，但许多应用需要便携式、经济型和对光学未对准鲁棒的系统。在这里，我们提出并演示了一种光谱仪，它使用一个平面一维光子晶体腔作为色散元件和重建计算算法提取光谱信息的空间图案。光子晶体腔的简单制造和平面结构使我们的光谱分析平台经济且对光学未对准具有鲁棒性。重建算法允许小型化和便携性。由光子晶体腔透射的强度具有波长相关的空间分布。我们利用时域有限差分法得到了系统的空间透过率函数，并估计了色散关系。在我们的重建算法中，透射率函数作为传递函数。我们展示了各种输入光谱的准确估计。我们还表明，系统的光谱分辨率取决于腔线宽，可以通过增加分布布拉格反射镜中的周期层的数量来改善。最后，我们用实验方法估计了未知发光二极管光谱的中心波长和线宽。估计值与使用商业光谱仪测量的值吻合良好。
2021-04-28 physics.optics
Nanophotonic cavity based synapse for scalable photonic neural networks
神经网络的带宽和能量需求激发了人们对开发新型神经形态硬件（包括光子集成电路）的极大兴趣。虽然光波导可以容纳数百个太赫兹带宽的信道，但光子系统的信道数总是由其中的器件来检查。在基于WDM的光子神经网络中，突触（即网络互连）通常由微谐振器（MRR）实现，其中WDM信道计数（N）由MRR的自由光谱范围限定。对于典型的Si MRR，我们估计在C带内N <= 30。这不仅限制了神经网络的总吞吐量，而且使具有高输入维度的应用不可行。我们的实验表明，光子晶体纳米梁的突触可以在C波段FSR自由，消除了对信道计数的约束。这增加了数据吞吐量，并支持具有高维输入的应用程序，如自然语言处理和高分辨率图像处理。此外，与MRR相比，光子晶体纳米束腔的较小物理覆盖区提供了更高的调谐能量效率和更高的计算密度。因此，基于纳米光子腔的突触为实现高度可扩展的光子神经网络提供了一条途径。
2022-02-28 physics.optics
Design of a 3D photonic band gap cavity in a diamond-like inverse woodpile photonic crystal
本文从理论上研究了三维倒木堆结构光子晶体的腔体设计。这类立方类金刚石晶体具有非常宽的光子带隙，并且由具有矩形结构的两个垂直阵列的孔组成。作为空腔的点缺陷集中在两个相交的垂直孔的交叉点上，其半径与晶体本体中的半径不同。我们已经进行了超原胞能带结构的计算与高达$5 \times 5 \times 5$单位细胞。我们发现，多达五个孤立的和无色散带出现在三维光子带隙。对于每个隔离带，电场能量被定位在以点缺陷为中心的体积中，因此点缺陷充当3D光子带隙腔。腔谐振的模体积小至0.8 $λ^{3}$（谐振波长立方），表明光的强限制。通过改变缺陷孔的半径，我们发现，只有施主类共振出现较小的缺陷半径，而没有受体类共振出现较大的缺陷半径。从电场能量密度分布的3D图中，我们得出结论，在位于点缺陷处的尖锐边缘中发现的能量峰值，类似于电子如何在这些特征处收集。这与在非倒置木堆结构中观察到的空腔不同。由于逆木堆晶体可以从硅CMOS兼容的手段制造，我们的项目，单腔，甚至腔阵列可以实现，在近红外的电信窗口兼容的波长范围。
2014-05-12 physics.optics
Analysis of a Triple-cavity Photonic Molecule Based on Coupled Mode Theory
基于耦合模理论，通过求解哈密顿矩阵的本征值和本征向量，分析了腔间耦合强度可控的链式三腔光子分子（TCPM）的光谱特性和场（能量）分布.将双腔光子分子（DCPM）的相变推广到TCPM，分析了单模频率和线宽的演化，它们分别与相邻光学微腔之间的相干度和三个腔中的能量分布具有同步关系.我们开发了一个叠加图片的三个超模的TCPM，子DCPM的超模之间的干扰。特别地，我们发现了TCPM中中心超模的反常性质，如中间腔的暗态和能量在侧腔之间流动时的相移，这些在信息处理和能量的遥控方面具有重要的应用前景。总结了TCPM的一般性质，并给出了线宽的限制。最后，在适当的条件下，我们利用柔性TCPM平台对多能级原子系统的腔内电磁感应透明进行了有趣的模拟。
2016-10-19 physics.optics
The Effect of Symmetry Breaking in Coupled Cavity Photonic Crystal Waveguide on Dispersion Characteristics
本研究通过在光子晶体耦合腔波导中引入不同角度的辅助杆打破腔区对称性，实现慢光操作并提升群带宽积675%，还实现了彩虹捕获，对光信号处理等应用有积极意义。
2024-09-24 physics.optics
Circularly polarized cavity-mode emission from quantum dots in a semiconductor three-dimensional chiral photonic crystal
本研究在含平面缺陷的GaAs基手性光子晶体中实验展示了圆偏振腔模，发现量子点在左旋偏振带隙内偏好发射右旋偏振光，且存在左旋偏振腔模峰，为相关光子器件和强耦合研究提供基础。
2024-11-27 physics.optics
Nanobeam Photonic Crystal Cavity Light-Emitting Diodes
我们目前的结果电驱动纳米束光子晶体腔形成的横向p-i-n结在砷化镓。尽管纳米梁的导电尺寸很小，但它具有强大的电气特性，在低驱动功率下可以实现高电流密度。就像它们的二维对应物一样，纳米梁腔在室温下从嵌入的1,250 nm InAs量子点中表现出明亮的电致发光。小的室温微分增益观察到在腔与小光束自加热表明激光是可能的。这些结果打开了大门，有效的电子控制有源纳米束腔的各种纳米光子应用。
2011-06-28 physics.optics
Doubly resonant photonic crystal cavity using merged bound states in the continuum
本文提出利用合并连续域束缚态设计双谐振光子晶体微腔，通过超胞模式匹配实现约6000% W-1的二次谐波产生效率，显著优于孤立BIC。
2022-11-03 physics.optics
Demonstration of an air-slot mode-gap confined photonic crystal slab nanocavity with ultrasmall mode volumes
通过在光子晶体平板中的宽度调制线缺陷处设计空气缝，实验得到了品质因数为15,000、模体积为0.02立方波长的空气缝模式带隙光子晶体腔。高Q值空气缝腔模的产生是由于负色散的光子晶体波导模的模隙效应。具有超小模体积的高Q腔在腔量子电动力学、非线性光学和光学传感等应用中具有重要意义。
2009-10-21 physics.optics
Electrical Control of Silicon Photonic Crystal Cavity by Graphene
在纳米光子学中，电信号到光信号的有效转换使得电子学和光子学能够固态集成。石墨烯与光子晶体的结合在电光调制方面具有广阔的应用前景。在本文中，我们证明了通过静电门控在光子晶体腔顶部的单层石墨烯，可以显着改变腔谐振。实验结果表明，谐振腔线宽变化约2nm，谐振反射率变化近400%（6dB）。此外，我们的分析表明，石墨烯-光子晶体器件可以潜在地用于高速、低功率的吸收和折射调制器，同时保持小的物理占用面积。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
A quantum photonics model for non-classical light generation using integrated nanoplasmonic cavity-emitter systems
非经典光源的实现对于各种量子应用变得越来越重要。一种特别有趣的方法是将这些功能集成在单个芯片上，因为这可以为完全可扩展的量子光子器件铺平道路。过去已经研究了使用介电系统的几种方法。然而，仍然不理解与单个量子发射器相互作用的芯片上纳米等离子体天线如何影响在波导的引导模式中反射或传输的光子的量子统计。在这里，我们研究了一个量子光子平台组成的倏逝耦合纳米等离子体激元腔发射系统，并讨论了非经典光产生的要求。我们开发了一个分析模型，结合淬火由于纳米等离子体激元腔预测弱相干泵浦下的传输和反射的波导光的量子统计。分析预测匹配的数值模拟的基础上的主方程的方法。此外，它示出，对于谐振激励的反聚束传输的程度是最大化的最佳腔模态体积$V_{c}$和腔发射器距离$s$。在反射中，只有特定的$(V_{c},s)$组合才能获得完美的反聚束光。最后，我们的模型也适用于电介质腔，因此可以指导未来的努力，在片上非经典光源的设计和开发使用电介质和纳米等离子体腔发射系统。
2018-03-16 physics.optics
Semi-analytical quasi-normal mode theory for the local density of states in coupled photonic crystal cavity-waveguide structures
提出并验证了耦合光子晶体（PhC）腔波导结构局域态密度（LDOS）的准简正模（QNM）理论。通过对格林函数在一个或几个QNM上的展开，得到了LDOS的封闭表达式，并对两种二维光子晶体（一个和两个腔侧耦合到扩展波导）进行了数值计算，验证了理论的正确性。对于单腔，一个轻微的不对称的频谱，QNM理论再现，并为两个腔的非平凡的频谱与峰和谷被发现，这是再现只有当包括两个相关的QNM的理论。在这两种情况下，我们发现在感兴趣的带宽的相对误差低于1%。
2015-09-29 physics.optics
Temperature tunability of quantum emitter - cavity coupling in a photonic wire microcavity with shielded sidewall loss
最近的技术进步已经允许在基于固态腔的设备中实现量子性质的现象，诸如真空拉比分裂、可控单光子发射和量子纠缠。对于量子发射器和腔之间足够强的耦合，大的品质因数（$Q$）以及小的模态体积（$V_{eff}$）是必不可少的。在这里，我们表明，通过施加一个5 nm的铝涂层的亚微米尺寸的法布里-珀罗微腔的侧壁，腔$Q$可以从室温下的几百个温度调谐到2 $\times$ 10 $^5$低于30 K。这是通过以下方式实现的：首先，用理想的反射横向金属镜完全屏蔽侧壁损耗，其次，由于多层结构内的大部分离轴波矢量，小尺寸器件的腔的轴向损耗显著降低。我们的发现为研究发射极-腔耦合的量子电动力学现象提供了一个新的温度可调平台。我们证明了在40 K下，在0.8 $μ$ m尺寸的器件中可以容易地实现2g=24 GHz（0.142 nm）的拉比分裂，该器件具有$V_{eff}\approx0.0845~μ$ m $^3$，与最好的二维光子晶体（PhC）纳米腔相当。
2016-01-20 physics.optics
Efficient Terahertz Generation in Triply Resonant Nonlinear Photonic Crystal Microcavities
提出了一种利用基于光子晶体腔的三重谐振系统，通过差频产生（DFG）过程实现腔增强非线性太赫兹波的方案。我们表明，高非线性重叠可以通过将太赫兹腔耦合到双共振、双偏振近红外（例如电信波段）光子晶体纳米束腔来实现，允许通过χ（2）非线性混合三个相互正交的基本腔模式。我们通过耦合模理论证明了泵浦频率的完全耗尽-即，量子限制转换-在实验上可行的几何结构中是可能的，其中在最佳总转换效率点处的操作输出功率可通过改变模式质量（Q）因子来调节。
2009-08-04 physics.optics
Optomechanics in an ultrahigh-Q slotted 2D photonic crystal cavity
已知具有纳米级槽的光学导波电介质结构在槽区域中提供强电场增强，从而实现强的光-物质相互作用。为了获得内部光场与开槽结构机械运动之间的强相互作用，我们设计了一个超高Q值的二维开槽光子晶体腔。实验测得的光学品质因数是Q= 1.2 × 10^6的腔与模拟的有效光学模式体积的0.04立方波长。光学转导的热布朗运动的基本面内机械共振的开槽结构（151 MHz），从其中推断的光学机械耦合140 GHz/nm的有效运动质量为20 pg。动态反作用的光场上的机械运动，导致在冷却和放大的机械运动，也证明了。
2010-06-20 physics.optics
Low-loss Tunable 1-D ITO-slot Photonic Crystal Nanobeam Cavity
可调谐光学材料的特性使得在多功能超材料和包括光源和调制器的光子组件中的新应用成为可能。透明导电氧化物（TCO）能够通过改变它们的自由载流子浓度以及因此的等离子体色散来利用所施加的偏压高度调谐它们的光学性质。TCO材料氧化铟锡（ITO）表现出单位强折射率变化和ε近零行为。然而，通过这种调谐，源自基本Kramers-Kronig关系的相应的高光学损耗导致低腔精细度。然而，在不使用固有损耗的光物质相互作用增强技术（例如极化子模式）的情况下在ITO腔中实现高效调谐是一个挑战。在这里，我们讨论了一种新型的一维光子晶体纳米梁腔，以提供一个腔系统，提供广泛的谐振调谐范围，同时保持物理紧凑的足迹。我们表明，一个垂直的硅槽波导纳入主动门控ITO层提供~3.4 nm的调谐。通过部署分布式反馈，我们能够通过调整保持Q因子适度高。将其与来自光子（非等离子体激元）槽波导的亚衍射极限模体积（0.1（λ/2n）3）相结合，促进了超过一千的高Purcell因子。这种强烈的光-物质相互作用表明，减少腔的模体积比减少衍射限制的模腔（例如来自块状Si 3 N4的模腔）中的损耗更重要。这些可调谐腔使得未来的调制器和光源（诸如可调谐激光器）成为可能。
2017-11-08 physics.optics
