Stimulated Brillouin scattering by surface acoustic waves in lithium niobate waveguides
本文通过全各向异性仿真证明LNOI波导在Z切和X切取向下均可支持表面声波驱动的后向受激布里渊散射，光弹效应主导增益，最高达0.43 W⁻¹m⁻¹。
2023-03-07 physics.optics
Designing of strongly confined short-wave Brillouin phonons in silicon waveguide periodic lattices
我们提出了一个可行的波导设计优化利用受激布里渊散射与长寿命的声子。该设计由一个完全悬浮的脊形波导包围的一维声子晶体，减轻了基板的损失，同时提供所需的均匀性的光机械相互作用的建设。计算出这些结构的耦合因子为0.54（W.m）$^{-1}$（模内后向布里渊散射）和4.5（W.m）$^{-1}$（模内前向布里渊散射）。声子晶体的添加在仅五个单一单元之后提供了30dB的机械位移衰减，可能导致声学损耗仅受制造限制的状态。结果，与耦合和声学品质因数的乘积成比例的总布里渊增益名义上等于理想化的完全悬浮波导。
2020-10-28 physics.optics
Stimulated Brillouin scattering enhancement in silicon inverse opal waveguides
硅是片上应用的理想材料，然而其较差的声学特性限制了其在重要的光声应用中的性能，特别是对于受激布里渊散射（SBS）。我们从理论上表明，硅反蛋白石表现出强烈改善的声学性能，提高体SBS增益系数超过两个数量级。我们还设计了一个波导，采用硅反蛋白石，并具有SBS增益值与硫系玻璃波导。这项研究为片上材料系统中的光声应用开辟了新的方向。
2016-08-17 physics.optics
A Theoretical Framework for Electromechanically Reinforced Brillouin Scattering in Integrated Photonic Waveguides
本文建立非中心对称材料波导中压电耦合下的布里渊散射理论，证明叉指换能器注入声波可机电增强 SBS，并在砷化镓纳米线中实现数量级提升的斯托克斯放大。
2023-04-23 physics.optics
Vertical engineering for large stimulated Brillouin scattering in unreleased silicon-based waveguides
硅基波导中的强声光相互作用通常需要释放硅芯以避免机械泄漏到下面的二氧化硅衬底中。这使制造复杂化，限制了热化，降低了机械鲁棒性，并且阻碍了单个芯片上的大面积光机械器件。在这里，我们克服了这个限制，采用垂直光子-声子工程。具体地，在硅引导芯和二氧化硅衬底之间插入厚氮化硅层有助于减少GHz频率声子泄漏，从而在未释放平台中实现大的布里渊增益值。我们得到的值的布里渊增益约300（Wm）$^{-1}$为不同的配置，这可能会进一步增加在低温下的操作。这些值应该能够观察到厘米级波导或更紧凑的环形谐振器中的布里渊相关现象。这一发现为在硅片上实现大面积无释放腔和波导光机械铺平了道路。
2020-11-04 physics.optics
Brillouin Cooling
分析了如何利用布里渊散射来冷却光机械器件，并提出了布里渊冷却的量子力学理论。我们的分析表明，显着的冷却比，可以得到与标准的实验参数。通过增加光学反斯托克斯共振的耗散，可以进一步提高冷却效率。
2011-08-17 physics.optics
Theoretical study on the stimulated Brillouin scattering in a sub-wavelength anisotropic waveguide: Acousto-optical coupling coefficients and effects of transverse anisotropies
对亚波长各向异性波导中的受激布里渊散射（SBS）进行了理论研究。考虑了波导材料的光学、光弹性和机械各向异性。首先，将SBS中由于光弹效应和运动界面效应引起的声光耦合系数的积分公式推广到光学各向异性波导中。然后，利用推广的公式，对具有强横观各向异性的椭圆纳米线中的SBS进行了数值模拟。在模拟中，弹性场的计算包括机械各向异性。在数值结果中发现了明显的强横向各向异性效应。最值得注意的是，一些弹性模式的SBS增益被发现是非常敏感的波导轴和主材料轴之间的小错位。详细的物理解释这一有趣的现象提供。这种有趣的现象意味着一种有吸引力的方式，更灵敏的SBS增益调谐，而不显着改变声子频率。
2017-09-21 physics.optics
Narrow linewidth Brillouin laser based on chalcogenide photonic chip
我们提出了第一个演示的窄线宽，波导为基础的布里渊激光器，这是使大的布里渊增益的硫属化物芯片。波导配备有垂直锥形，用于低损耗耦合。由于斯托克斯波的光反馈，激光阈值降低到360 mW，这是5倍低于计算的单程布里渊阈值相同的波导。激光器的斜率效率为30%，线宽为100 kHz，使用自外差法测量。
2013-07-26 physics.optics
Stimulated Brillouin Scattering in integrated photonic waveguides: forces, scattering mechanisms and coupled mode analysis
受激布里渊散射（SBS）在纳米器件的最新理论研究已经导致了激烈的研究工作，致力于这种非线性在芯片系统的演示和应用。SBS在集成光子波导中的关键特征是，预计小的高对比度波导在波导边界上经历强大的光学力，预计这将进一步提高SBS增益，该增益已经预计在这种结构中由于更高的模式限制而急剧增长。在所有最近的治疗中，辐射压力的影响与声场对光场施加的散射作用分开。与此相反，我们在这里表明，辐射压力和运动的波导边界的影响是密不可分的。这种见解的核心是一个新的配方SBS相互作用，统一的治疗光和声，结合所有相关的相互作用机制-辐射压力，波导边界运动，电致伸缩和光弹性-从严格的热力学角度来看。我们的方法还澄清了文献中的模糊性，如电致伸缩方面的边缘效应的性质，以及相对于辐射压力的体力。这种布里渊过程的新观点导致物理洞察力与SBS为基础的纳米级器件的设计和制造的影响。
2015-07-23 physics.optics
Proposal for Forward Brillouin Inter-Modal Scattering in Non-suspended Lithium Niobate Waveguides at Visible Wavelengths
针对可见光波段非悬浮铌酸锂波导中前向布里渊散射的挑战，提出周期性宽度调制实现准相位匹配，预测1.1毫米内用1毫瓦声功率完成模间光转换，推动集成声光器件发展。
2025-10-09 physics.optics
Anti-resonant acoustic waveguides enabled tailorable Brillouin scattering on chip
提出悬浮反谐振声波导SARAWs，在SOI平台上以紧凑结构同时支持前向与后向SBS，实现超过6.4 dB净增益、27.6 GHz频移和1,960机械品质因数。
2024-01-23 physics.optics
Highly localized Brillouin scattering response in a photonic integrated circuit
通过受激布里渊散射（SBS）的光波和声波的相互作用最近已经到达片上平台，这开辟了从集成微波光子学和片上窄线宽激光器到基于声子的光学延迟和信号处理方案的新的应用领域。由于SBS是一种随相互作用长度呈指数级变化的效应，因此短长度尺度上的片上实现具有挑战性，需要精心设计具有优化的光声重叠的波导。利用布里渊光相关域分析（BOCDA）原理，实现了800 μm高空间分辨率的SBS光谱的局域测量，并在光子集成电路（PIC）中实现了沿螺旋波导的布里渊光谱的分布式测量。这种方法提供了访问本地光声性能的波导，包括布里渊频移（BFS）和线宽，为进一步开发高品质的光子声子波导SBS应用的基本信息。
2017-07-31 physics.optics
Cross-Polarized Stimulated Brillouin Scattering in Lithium Niobate Waveguides
本研究在 LNOI 波导中实验演示交叉偏振 BSBS，通过偏振敏感泵浦-探测测量观测模内与模间散射，并获得超过 80 m⁻¹W⁻¹ 的 SBS 增益，为多种高性能光学和微波光子器件奠定基础。
2025-03-07 physics.optics
Brillouin-based phase shifter in a silicon waveguide
集成硅微波光子学在微波移相器元件方面提供了巨大的潜力，并承诺紧凑和可扩展的多元件芯片，不受电磁干扰。受激布里渊散射最近在硅中得到了证实，由于其固有的灵活性，它是一种特别强大的方法来诱导相移，提供了光学可控和选择性相移。然而，迄今为止，仅实现了中等量的布里渊增益，并且理论上这将把相移限制在几十度，显著小于所需的360度。在这里，我们克服了这个限制与相位增强方法使用RF干涉，显示了360度的宽带移相器的基础上布里渊散射在悬浮硅波导。我们使用25的相位增强因子在15 GHz的带宽上实现了全360度相移，从而使波束形成和其他应用的实用宽带布里渊移相器成为可能。
2019-11-06 physics.optics
Brillouin phonon cooling by electro-optic feedback
我们从理论上研究了通过布里渊散射传播声子的冷却。为此，我们建议使用布里渊散射和电光反馈引入外部粘性力。短延迟反馈显示出对布里渊线宽的有效控制，而长延迟可以诱导类Fano共振。
2018-11-12 physics.optics
Analysis of enhanced stimulated Brillouin scattering in silicon slot waveguides
受激布里渊散射已经吸引了新的兴趣与高度定制集成到硅光子平台的承诺。然而，硅波导中的显著布里渊放大尚未被示出。为了设计一种具有大的光子-声子耦合的结构，我们分析了高折射率对比度硅缝隙波导中的前向和后向布里渊散射。计算预测，梯度力提高了窄缝中的布里渊增益。我们估计，目前可行的增益约为$10^{5} \, \text{W}^{-1}\text{m}^{-1}$，这是一个数量级大于一个独立的硅线。这种有效的耦合可以在可大规模生产的硅芯片上实现许多布里渊技术。
2013-10-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Large Brillouin Amplification in Silicon
强布里渊耦合只是最近才在硅中实现，使用一类新的光机械波导，产生光学和声子限制。尽管有这些重大进展，但在硅中尚未观察到明显的布里渊放大。使用一种新的膜悬浮硅波导，我们报告大布里渊放大的第一次，达到水平大于5分贝的适度泵浦功率，并证明了一个创纪录的低（5毫瓦）阈值净放大。这项工作代表了在硅中实现高性能布里渊激光器和放大器所必需的关键进展。
2015-10-28 physics.optics
Integrated Waveguide Brillouin Laser
对高性能芯片级激光器的需求推动了集成光子学的快速增长。这种低噪声激光源的产生对于新兴的片上应用至关重要，这些应用包括相干光通信、光子微波振荡器遥感和光学旋转传感器。虽然布里渊激光器是解决这些挑战的一种有前途的解决方案，但需要新的策略来通过晶圆级集成来创建鲁棒、紧凑、低功率和低成本的布里渊激光器技术。迄今为止，由于在商业集成平台上实现这些激光器的困难，芯片级布里渊激光器仍然难以捉摸。在本文中，我们展示了，第一次，单片集成布里渊激光器使用的晶圆级工艺的基础上超低损耗Si 3 N4/SiO2波导平台。级联的受激布里渊激光到10斯托克斯订单中观察到的集成总线耦合谐振器的加载Q因子超过28万。我们实验量化了激光器的性能，包括阈值，斜率效率和级联动力学，并与理论结果进行了比较。大模体积集成谐振器和增益介质支持仅TE谐振和独特的2.72 GHz自由光谱范围，这对于高性能集成布里渊激光至关重要。该激光器是基于一个非声学的指导设计，提供了广泛的布里渊增益带宽。由于腔内光功率大，阈值功率低，高性能的激光特性得到了证实。一致的激光器性能报告的多个芯片跨越多个晶圆。这种设计适合于在芯片上实现实用的高产量、高相干布里渊激光器的晶片级集成。
2017-09-13 physics.optics
Acoustic confinement and Stimulated Brillouin Scattering in integrated optical waveguides
我们研究了声模限制对由嵌入固体基底的导芯组成的光波导中受激布里渊散射的影响。我们发现，SBS可以出现由于耦合到声学模式在三个不同的制度。首先，声学模式可以通过全内反射来引导;在这种情况下，SBS增益直接取决于芯中声学模式的限制程度，这又由声学V参数确定。第二，声学模式可能是泄漏的，但是仍然可能具有足够长的寿命以对SBS增益具有很大的影响;在这种情况下，声学模式的寿命不仅取决于芯和包层之间的声学特性的对比度，而且还高度取决于波导尺寸。最后，SBS可能会发生由于耦合到自由模式，即使在没有声学限制的情况下也存在，我们发现，耦合到这些非限制模式的累积效应导致显着的SBS增益。我们展示了芯层和包层的不同声学特性如何导致这些不同的制度，并讨论了使用不同材料系统的SBS实验的可行性。
2013-08-02 physics.optics
Stimulated brillouin scattering in slow light waveguides
本文提出了一种计算轴向周期波导中受激布里渊散射增益系数的通用方法。将此方法应用于悬浮在空气中的硅周期性波导，我们证明了SBS非线性可以显着增强在布里渊区边界处，光的群速度降低放大了光子-声子相互作用。此外，我们表明，垂直于传播轴的对称平面起着重要的作用，在前向和后向SBS过程。在前向SBS中，只有均匀围绕该平面的弹性模式是可激发的。在后向SBS中，弹性模的SBS增益系数要么接近无穷大，要么接近常数，这取决于它们在$q=0$处关于该平面的对称性。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Stimulated Brillouin Scattering in InGaP-on-Insulator Waveguides
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Adelaide University（阿德莱德大学）；The University of Sydney（悉尼大学）；Macquarie University（麦考瑞大学）
本文提出 InGaP-on-Insulator 集成平台，实现高增益（588 W⁻¹m⁻¹）和创纪录窄线宽（5.2 MHz）的受激布里渊散射，为可扩展布里渊光子学奠定基础。
2026-09-09 physics.optics
Brillouin resonance broadening due to structural variations in nanoscale waveguides
我们研究了结构变化（即缓慢变化的几何畸变和内部应变场）对纳米波导中受激布里渊散射（SBS）共振的宽度和形状的影响。我们发现，它们导致一个均匀的共振展宽通过两个不同的机制：首先，声学频率是直接影响通过机械非线性;其次，光波数的影响，通过光学机械非线性导致额外的声学频率偏移通过相位匹配条件。我们发现，这第二种机制是成比例的光机械耦合，因此，相关的SBS增益本身。它在模内前向SBS中不存在，而在后向散射中起重要作用。因此，在后向SBS中，增加光声重叠超过由制造公差限定的阈值将不再产生总斯托克斯放大的预期二次增加。最后，我们通过数值例子说明，在后向SBS和模间前向SBS中，两种符号相反的展宽机制的存在也为补偿几何展宽效应提供了可能。我们的结果可以转移到其他微和纳米结构的波导几何形状，如光子晶体光纤。
2016-01-12 physics.optics
Thermal Brillouin noise observed in silicon optomechanical waveguide
受激布里渊散射是最近在纳米硅波导中观察到的。令人惊讶的是，这些结构中的热驱动光子-声子转换尚未报道。在这里，我们注入一个光学探针悬浮硅波导和测量其相位波动的输出。我们观察到的机械共振约8 GHz的散射效率为$10^{-5} \, \text{m}^{-1}$和信噪比为2。观察结果与这些波导中的噪声理论以及受激测量结果一致。我们的方案可以简化纳米级波导中的机械签名的测量，并且是朝着更好地掌握这些新的连续光机械系统中的热噪声迈出的一步。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
A silicon Brillouin laser
布里渊激光振荡器提供强大而灵活的动力学特性，是各种光学系统中锁模激光器、微波振荡器和光学陀螺仪的基础。然而，在传统的硅光子波导中，布里渊相互作用非常弱，抑制了硅基布里渊激光器的发展。最近出现的混合光子-声子波导揭示了布里渊相互作用是硅中最强和最可剪裁的非线性之一。在这里，我们利用这些工程非线性，以证明布里渊激光在硅。此外，我们表明，这种基于硅的布里渊激光器进入一个有趣的制度的动力学，其中光学自振荡产生声子线宽变窄。我们的研究结果提供了一个平台，以开发一系列的应用单片集成在硅光子电路。
2018-09-19 physics.optics
Impact of nonlinear loss on Stimulated Brillouin Scattering
研究了半导体中的双光子吸收（2PA）和自由载流子吸收等五阶非线性损耗对受激布里渊散射器件性能的影响。我们制定的运动方程，包括有效的损耗系数，其明确的表达式提供在任何波导几何形状的数值计算。我们发现，2PA的结果在一个单调的，代数关系的放大率，波导长度和泵浦功率，而五阶损耗导致一个非单调的关系。我们定义了一个因素的材料和波导的设计中存在的五阶损耗的优点。由此，我们确定的最佳波导长度的情况下，2PA单独和上限的情况下，2PA以及五阶损耗的总斯托克斯放大。使用小信号近似的分析进行分析，并进行比较，全非线性模态方程的数值解。
2015-05-11 physics.optics
On-chip Inter-modal Brillouin Scattering
受激布里渊相互作用通过光机械三波相互作用介导光子与声学声子之间的非线性耦合。虽然这些非线性以前在硅光子系统中非常弱，但最近出现的新的光机械波导结构已经将布里渊过程转变为最强和最可定制的片上非线性相互作用之一。基于布里渊耦合的新技术已经形成了放大、滤波和非互易信号处理技术的基础。在本文中，我们证明了强导波布里渊散射光场之间的不同空间模式的硅波导的第一次。这种模间耦合在斯托克斯和反斯托克斯过程之间产生色散对称性破缺，允许单边带放大和允许接近单位功率转换的波动动力学。将这些物理特性与集成的模式复用器相结合，可以实现新颖的器件拓扑结构，并且无需像传统的布里渊过程那样使用光学循环器或窄带光谱滤波来分离泵浦波和信号波。我们展示了3.5 dB的光增益，超过2.3 dB的净放大率，和50%的单边带能量转移两个光学模式之间的纯硅波导，扩展了灵活的片上光源，放大器，非互易器件和信号处理技术的设计空间。
2016-11-11 physics.optics
Electromechanical Brillouin scattering in integrated optomechanical waveguides
在著名的受激布里渊散射（SBS）过程中，材料中的自发声学声子被激光激发并将激光散射成斯托克斯边带。SBS在光纤中变得更加明显，并已被利用来放大光信号，甚至实现激光发射。SBS的开发最近在集成光子学平台上激增，因为波导中光子和声子的同时限制导致急剧增强的相互作用。代替被光激励，相干声子也可以以非常高的效率被机电激励，如在射频声学滤波器中所利用的。在这里，我们展示了机电激发布里渊散射集成光机械波导的压电材料氮化铝（AlN）。用纳米制造的机电换能器激发频率为16 GHz的声学声子，以将波导中的反向传播光子散射成单个反斯托克斯边带。研究表明，布里渊散射的相位匹配条件可以通过改变光波长和声波频率来实现可调谐单边带调制。结合布里渊散射光子学与纳米机电系统，我们的方法提供了一个有效的微波和光学光子之间的接口，这将是重要的微波光子学和潜在的量子转导。
2019-05-09 physics.optics quant-ph
Suspended mid-infrared waveguides for Stimulated Brillouin Scattering
本文从理论上研究了一种新型的硅波导在中红外波段实现受激布里渊散射。该波导由一个矩形芯组成，支撑低损耗光模，通过一系列横向肋悬挂在空气中。肋被图案化以形成有限的准一维声子晶体，其中完整的阻带抑制声波的横向泄漏，并将它们限制在波导的芯部。我们推导出一种理论形式，可用于计算在这种周期性结构中的光声相互作用，并发现前向模内SBS增益高达$1750~\text{m}^{-1}\text{W}^{-1}$，这与所提出的MIR SBS设计的基础上埋锗波导相比毫不逊色。由于几乎完全抑制了声辐射损失，实现了这种大增益。
2018-11-07 physics.app-ph physics.optics
Stimulated Brillouin scattering in a non-suspended ultra-low-loss thick-SOI platform
本文首次在非悬浮超低损耗3 μm厚SOI波导中观测到SBS，利用与光学模式共存的泄漏声学模式增强光声重叠，并测得两种波导在37.6 GHz下的布里渊增益。
2024-10-24 physics.optics
Stimulated brillouin scattering in nanoscale silicon step-index waveguides: A general framework of selection rules and calculating SBS gain
提出了一种利用本征模与本征模的重叠积分计算受激布里渊散射（SBS）增益系数的方法。我们表明，空间对称性的光学力决定的可激发的弹性模式的选择规则。通过将该方法应用于矩形硅波导，我们证明了在前向和后向SBS过程中，光力和弹性本征模的空间分布共同决定了SBS增益系数的大小和标度。我们进一步将这种方法应用于模间SBS过程，并证明了不同光学模式之间的耦合是激发具有所有可能对称性的弹性模式所必需的。
2012-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant Brillouin amplification in gas using hollow-core waveguides
受激布里渊散射（SBS）在固体材料中提供了最高的非线性增益，并在波导中展示了先进的光子学功能。气体的大的可压缩性表明SBS可以相对于冷凝材料获得效率。在这里，通过在高压下使用充气空芯光纤，我们实现了每单位长度的强布里渊放大，超过了在具有固体二氧化硅芯的光纤中观察到的增益的6倍。这种大的放大得益于较高的分子密度和较高压力下较低的声衰减，以及紧密的光限制。使用这种方法，我们证明了在空芯波导中进行大的光放大的能力。低阈值气体布里渊光纤激光器和高性能分布式温度传感器的实现，本质上没有应变交叉敏感性，说明了空芯光纤的广阔前景，为它们集成到激光，传感和信号处理中铺平了道路。
2019-12-01 physics.app-ph physics.optics
Observation of stimulated Brillouin scattering in silicon nitride integrated waveguides
氮化硅（Si 3 N4）已成为集成非线性光子学的一种有前途的材料，并已用于宽带孤子微梳和低脉冲能量超连续谱的产生。因此，了解Si 3 N4的所有非线性光学性质是重要的。到目前为止，只有受激布里渊散射（SBS）还没有报道。在这里，我们观察到，第一次，在完全包覆的氮化硅波导后向SBS。布里渊增益谱表现出一种不寻常的多峰结构，这是由于与二氧化硅包层的高泛音体声波共振（HBAR）的杂交造成的。在25 GHz时，Si 3 N4的本征布里渊增益估计为7 × 10 ^-13 m/W。此外，Si 3 N4光弹性常数的大小被估计为|p12| = 0.047 +/-0.004。由于SBS对波导施加了光功率限制，我们的研究结果解释了Si 3 N4处理高光功率的能力，这是集成非线性光子学的核心。
2019-08-26 physics.app-ph physics.optics
Suspended Z-cut lithium niobate waveguides for stimulated Brillouin scattering
University of Adelaide（阿德莱德大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Macquarie University（麦考瑞大学）；University of Twente（特温特大学）
本研究首次在悬浮Z切TFLN波导中实现反向模内受激布里渊散射，揭示了多声学模式捕获与多峰增益光谱，拓展了TFLN波导在非线性光学应用中的潜力。
2025-04-09 physics.app-ph physics.optics
Forward stimulated Brillouin scattering in silicon microring resonators
受激布里渊散射（SBS）是近年来在硅波导中得到证实的现象。然而，由于这些波导中光子和声学声子之间的弱相互作用，通常需要长的相互作用长度。实验表明，在半径为20 μ m的硅微腔中，在耦合泵浦功率仅为10mW的情况下，前向受激布里渊散射可以获得1.2dB的峰值增益。实验结果表明，在较短的相互作用长度内，光学模式和声学模式都可以实现有效的相互作用。观察到的布里渊增益随耦合泵浦功率的变化与理论预测吻合得很好。这项工作显示了硅中SBS的潜力，可将已演示的光纤SBS应用转移到集成硅光子学平台。
2017-04-24 physics.optics
On-chip correlation-based Brillouin sensing: design, experiment and simulation
波长级SBS波导实现了新的片上功能。微尺度和纳米尺度的SBS结构和SBS波导的复杂性需要一种表征技术来监测沿波导的局部几何形状相关的SBS响应。在这项工作中，我们实验证明了纵向功能检测到200 $μ$米的硅硫族化物波导使用布里渊光学相关域分析（BOCDA）技术。我们提供了关于多种声学和光学模式以及几何变化如何影响布里渊频谱的模拟和分析。
2018-08-30 physics.app-ph physics.optics
Observation of Spontaneous Brillouin Cooling
虽然辐射压力冷却是众所周知的，但是来自声音的光的布里渊光的散射被认为是仅声光放大的过程。有人建议，在多共振布里渊系统中，当声子经历比光更低的阻尼时，冷却是可能的。然而，这种机制在传统的布里渊系统中是不可访问的，因为后向散射强制执行与高机械阻尼相关联的高声学频率。最近，在微腔中的前向布里渊散射已经允许进入低频声学模式，其中机械耗散低于光学耗散，根据冷却的要求。在这里，我们实验证明通过这样的前向布里渊过程中的微谐振器冷却。我们显示两个制度的布里渊过程的操作：声放大是传统的，但也是第一次，布里渊冷却制度。冷却由光泵和散射光介导，其跳动和电致伸缩地衰减机械模式的布朗运动。
2011-10-05 physics.optics quant-ph
Large evanescently-induced Brillouin scattering at the surrounding of a nanofibre
布里渊散射已被广泛用于先进的光子学功能，如微波光子学、信号处理、传感、激光，以及最近在微米和纳米光子波导中。到目前为止，所有的工作都集中在从微和纳米波导的核心区域驱动的光声相互作用。在这里，我们观察到，为第一次，一个有效的布里渊散射产生的倏逝场附近的亚波长波导嵌入在一个加压的气体细胞，与$18.90 \pm 0.17$ m $^{-1}$ W $^{-1}$的最大增益系数。该增益比在空芯光纤中获得的最高布里渊增益大11倍，比在标准单模光纤中获得的最高布里渊增益大79倍。从波导实现强自由空间布里渊散射受益于受限光的灵活性，同时提供对光声相互作用的直接访问，如在自由空间光声学（诸如布里渊光谱学和显微镜）中所要求的。因此，我们的工作在波导中的布里渊散射、布里渊光谱和显微镜之间建立了一座重要的桥梁，并在光声相互作用、光力学、传感、激光和成像方面开辟了新的途径。
2021-04-11 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Stimulated Brillouin Scattering via Surface Acoustic Waves
针对SAW器件带宽与灵活性受限及全光相干激发检测SAW方法缺失问题，本文在光子芯片上实现SAW-SBS，制备GeAsSe玻璃波导获225 W⁻¹m⁻¹增益系数与40 MHz线宽，拓展了片上应用及材料适用范围。
2023-10-03 physics.optics
Observation of a Brillouin dynamic grating in silicon nitride waveguides
本研究首次在标准 Si₃N₄ 波导中观测到 BDG，并提出优化设计以增强其响应，推动 BDG 在大规模 MWP 集成电路中的应用。
2023-08-18 physics.app-ph physics.optics
Guided acoustic and optical waves in silicon-on-insulator for Brillouin scattering and optomechanics
我们数值研究硅波导二氧化硅显示，它是可能的，同时引导光和声波在技术上重要的绝缘体上硅（SOI）材料系统。薄波导或翅片在千兆赫频率下表现出几何软化的机械模式，其相速度低于玻璃中的瑞利速度，从而消除了声辐射损失。我们提出了在玻璃上的缝隙波导，其具有电信光频率和强辐射压力，分别导致后向和前向布里渊散射的布里渊增益在500和50，000 1/（Wm）的量级。
2016-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sub-Hz Linewidth Photonic-Integrated Brillouin Laser
传统上被归类为桌面实验的光子系统和技术正准备通过集成从实验室跨越到现实世界的应用。受激布里渊散射（SBS）激光器由于其独特的线宽窄化特性，是实现高相干波导集成光源的理想选择。特别是，级联阶布里渊激光器显示出多线发射、低噪声微波产生和其他光梳应用的前景。这些激光器的光子集成可以显著提高其对环境和机械干扰的稳定性，简化其封装并降低成本。虽然已经展示了单阶硅和级联阶硫属化物波导SBS激光器，但这些激光器产生10-100 kHz的适度发射线宽。我们报道了亚Hz（~0.7 Hz）基本线宽光子集成布里渊级联激光器的首次演示，代表了集成波导SBS激光器的最新技术的重大进展。该激光器由使用超低损耗Si 3 N4波导平台制造的总线环谐振器组成。为了实现亚Hz线宽，我们利用高Q、大模体积、单偏振模谐振器，其产生光子生成的声波而没有声子引导。这种方法极大地放宽了偏振模式、光学模式和声学模式之间的相位匹配条件。利用级联阶布里渊激光动力学理论，通过测量第一阶和第三阶斯托克斯光的拍频线宽和相对功率，确定了第一阶斯托克斯光的基本发射线宽。由于从405 nm到2350 nm的低光学损耗，可见光和近红外波段的扩展是可能的，为可见光应用的光子集成亚赫兹激光器铺平了道路。
2018-02-27 physics.optics
Power limits and a figure of merit for stimulated Brillouin scattering in the presence of third and fifth order loss
我们推导出一套设计准则和品质因数，以帮助强受激布里渊散射（SBS）的片上波导的工程过程。为此，我们研究了几种类型的损失的影响，可以通过SBS实现的斯托克斯波的总放大。我们考虑了三阶（双光子吸收，2PA）和五阶的线性损耗和非线性损耗，最明显的是2PA诱导的自由载流子吸收（FCA）。由此，我们推导出一个上限的连续波布里渊激光器的输出功率，并表明，任何给定的波导结构的最佳工作条件和最大可实现的斯托克斯放大确定的无量纲参数$\mathcal{F}$涉及SBS增益和所有的损耗参数。我们提供了简单的表达式，最佳的泵浦功率，波导长度和可实现的放大，并在两个示例系统中展示其实用程序。值得注意的是，我们发现，2PA诱导的FCA是一个严重的限制SBS在硅和锗的波长分别短于2200 nm和3600 nm。相比之下，三光子吸收没有实际意义。
2015-08-11 physics.optics
Noise and Pulse Dynamics in Backward Stimulated Brillouin Scattering
从理论和数值计算两方面研究了后向受激布里渊散射（SBS）中热噪声对脉冲的影响。使用随机微积分和数值方法相结合，我们推导出一个理论模型，可用于定量预测噪声测量。我们研究了光脉冲的结构，包括泵浦光和斯托克斯光的输入功率、脉冲宽度和相互作用时间，对输出斯托克斯光噪声的影响。我们研究了光损耗和波导长度对噪声的影响，我们发现，对于波导特性和脉冲参数的特定组合，信噪比可以显著提高或降低。
2020-11-16 physics.optics
Cascaded forward Brillouin scattering to all Stokes orders
非弹性散射过程，如布里渊散射，往往可以在级联制度的功能，这是可能发生在某些集成的光声器件。我们发展了一个哈密顿形式的级联布里渊散射有效的量子和经典制度。通过将布里渊散射视为单个声学包络和单个光学包络的相互作用，覆盖所有斯托克斯和反斯托克斯阶，我们得到了一个紧凑的模型，非常适合于数值实现，扩展到包括其他光学非线性或短脉冲，以及在量子光学领域的应用。然后，我们从理论上分析了模内前向布里渊散射（FBS）的任意波导和没有光色散。在没有光学色散的情况下，我们找到了一个精确的解析解。利用微扰方法，我们进一步解决了弱色散的情况。我们的工作导致几个关键的结果内模式FBS。对于可忽略的色散，我们表明，级联的模内FBS的结果在一个纯相位调制，并讨论如何这需要具体的实验方法观察光纤为基础的和集成的FBS。此外，我们讨论了如何建立在这两类波导连接到彼此和腔光力学和拉曼散射的更广泛的背景下的描述。最后，我们得出了一个意想不到的惊人的相似之处FBS和波导阵列中的离散衍射现象，这使得FBS在量子光学的未来研究的一个有趣的候选人。
2016-08-25 physics.optics
A Hamiltonian treatment of stimulated Brillouin scattering in nanoscale integrated waveguides
本文提出了一种多模哈密顿方程来求解光波导中的光声相互作用问题。我们建立了一个哈密顿表示的声场，然后引入一个完整的系统与一个简单的光声耦合，包括光弹/电致伸缩和辐射压力/移动边界效应。海森堡运动方程用于获得耦合模方程的量子化包络运营商的光场和声场。我们表明，得到的耦合系数与以前建立的耦合系数一致，但我们的形式主义比以前的工作[C. Wolff等人，Physical Review A 92，013836（2015）]。
2015-09-03 physics.optics quant-ph
Stimulated Brillouin scattering in tellurite-covered silicon nitride waveguides
本文提出覆盖 TeO$_2$ 的低损耗 Si$_3$N$_4$ 波导 SBS 平台，实现 8.5 m$^{-1}$W$^{-1}$ 增益及高性能射频光子滤波，并指出增益可进一步提升至 155 m$^{-1}$W$^{-1}$。
2023-07-24 physics.app-ph physics.optics
Giant Gain Enhancement in Surface-Confined Resonant Stimulated Brillouin Scattering
受激布里渊散射（SBS）主要由体材料性质定义的概念已被最近对纳米波导的研究所推翻。现在可以理解，在这种高度受限的波导中出现的辐射压力和电致伸缩的边界力可以对布里渊增益做出显著贡献。在这里，这个概念被扩展到显示，增益增强不需要纳米级或亚波长的功能，但通常出现在光场和声场同时限制在自由表面或材料界面附近。这种情况经常发生在回音壁谐振器（WGR）中，使得增益增强比以前认为的更容易实现。为了说明这一概念，第一个全矢量的分析模型SBS在WGR的开发，包括光学边界力，和SBS增益在常见的二氧化硅WGR的几何形状计算评估。这些结果预测，增益$10^4$倍以上的标量理论的预测可能会出现在WGR，甚至在100微米的尺寸范围。此外，梯形横截面微盘可以表现出非常大的SBS增益，接近$10^2$ m $^{-1}$ W $^{-1}$。在包括谐振放大的情况下，可以实现数量级为$10^{12}$ m $^{-1}$ W $^{-1}$的极端增益，其比线性波导系统中的最高预测增益大$10^8$倍。
2015-09-24 physics.optics
Tunable Hybridization at Mid Zone and Anomalous Bloch-Zener Oscillations in Optical Waveguide Ladders
本文研究了由两个耦合的平面光波导阵列构成的光波导梯中光波的光振荡和隧穿。对于这种能带结构，由于能带杂化而形成了一个中间带隙，其波数位置可以在整个布里渊区进行调谐，这与布拉格带隙不同。通过在每个阵列中的传播常数中施加梯度，实现了Bloch-Zener振荡（BZO），其中带之间的齐纳隧穿发生在中间区，这与在布里渊区的中心或边缘处隧穿的常见BZO相反。通过场演化分析论证了BZO的存在。在中间区域的可调谐杂化增强了光波导阶梯中BZO的可调谐性。这一工作对于理解晶格结构中的相干现象具有普遍和根本的重要性。
2010-10-10 physics.optics
Interplay of cascaded Raman- and Brillouin-like scattering in nanostructured optical waveguides
我们制定了一个通用的概念，工程光学模式和机械共振在一对光学耦合光导膜实现级联光散射到多个斯托克斯和反斯托克斯订单。利用施加在腹板上的光压力及其诱导的弯曲振动，具有非零截止频率的平坦声子色散曲线，我们展示了如何实现多个连续光学边带之间的精确相位匹配。我们预测连续波产生的频率梳的基本和高阶光学模式介导的向后和向前传播的声子，伴随着周期性逆转的机械和光学模式之间的能量流，而不使用任何类型的腔。这些结果揭示了新的可能性，通过同时拉曼样模内和布里渊样模间散射过程的剪裁光-声相互作用。
2017-12-11 physics.app-ph physics.optics
NumBAT: The integrated, open source Numerical Brillouin Analysis Tool
我们描述NumBAT，一个开源的软件工具，用于模拟任意截面的波导中的受激布里渊散射。它通过易于使用的Python前端提供光学和弹性色散关系、场分布和增益的快速计算。此外，我们还提供了一组开放且可扩展的标准问题和参考资料，以便于NumBAT与后续工具进行基准测试。需要这样的资源来帮助解决现有的公式和执行之间的差异，并促进文献中的结果之间的比较。由此产生的标准化测试框架将使社区获得新算法的信心，并将提供一个共同的工具，比较实验设计的光声波导。
2018-11-26 physics.optics
Cooling of an Integrated Brillouin Laser below the Thermal Limit
光子集成谐振器作为一个平台，使超窄线宽激光器在一个紧凑的形状因子是有前途的。由于它们的小尺寸，这些集成谐振器受到热噪声的影响，这将光学模式的频率稳定性限制在~100 kHz。在这里，我们展示了一个集成的受激布里渊散射（SBS）激光器的基础上，实现了270 Hz的超窄热噪声限制线宽的大模体积环形谐振腔。在实践中，集成激光器需要更窄的线宽才能真正用于光学原子钟、量子计算、引力波探测和精密光谱学等应用。为此，我们采用了热折射噪声抑制技术，利用辅助激光器，以减少我们的SBS激光线宽为70赫兹。该演示展示了将最窄线宽芯片激光器的热运动稳定到100 Hz以下的可能性，从而为集成微谐振器在未来最苛刻的科学工作中的实用性打开了大门。
2021-12-01 physics.optics
Visible light photonic integrated Brillouin laser
窄线宽可见光激光器对于包括原子钟、量子计算、原子和分子光谱以及传感的原子、分子和光学（AMO）应用是关键的。历史上，这种激光器是在桌面规模上实现的，使用稳定到大光学参考腔的半导体激光器。高光谱纯度可见光源的光子集成将使实验的复杂性和规模增加。受激布里渊散射（SBS）是实现高相干性片上可见光激光发射的一种很有前途的方法。虽然在电信波长的集成SBS激光器方面取得了进展，但将这种性能转化为可见光的障碍仍然存在，即在超低光损耗光子学中实现布里渊有源波导。我们已经克服了这一障碍，展示了第一个可见光光子集成SBS激光器，它工作在674 nm，以解决88 Sr+光时钟跃迁。为了指导激光器的设计，我们使用多物理场模拟和布里渊光谱相结合，在2米的螺旋波导，以确定25.110 GHz的一阶斯托克斯频移和290 MHz的增益带宽。该激光器在半径为8.9 mm的氮化硅全波导谐振腔中实现，每米损耗为1.09 dB，Q值为55.4百万。激光被证明，与片上14.7 mW的阈值，45%的斜率效率，和线宽变窄的泵从低于阈值增加到269 Hz。为了说明这种设计的波长灵活性，我们还展示了在698 nm的激光，在中性锶的光时钟跃迁的波长。这种基于波导的光子集成SBS激光器的演示在可见光范围内工作，并且减小了尺寸和对环境干扰的敏感性，显示了各种AMO应用的前景。
2021-02-19 physics.optics
Optimizing performance for on-chip SBS-based isolator
非互易光学元件如隔离器和环行器对于防止光子系统中的灾难性背反射和控制光学串扰至关重要。虽然已经在芯片级平台中实验性地证明了基于布里渊模态间转换的非互易器件，但是利用这种相互作用需要悬浮波导结构，这对于制造是具有挑战性的，并且可能比非悬浮结构更不稳健，从而限制了设计灵活性。在本文中，我们数值研究了基于布里渊的隔离方案的性能，在该方案中，双泵浦驱动的光声相互作用被用来激发在传统的脊形波导中的受限声波。我们发现，声学限制，因此量的布里渊驱动模式转换，可以通过选择适当的光学模式对和波导几何形状的两个砷基硫族化物平台。此外，我们优化了隔离器的整体设计，包括输入耦合器，模式滤波器，布里渊有源波导以及器件的制造公差。我们预测这样的设备可以实现30 dB的隔离在38 nm的带宽时，使用500 mW的泵浦功率;在+/- 10 nm的制造引起的宽度误差的存在下，这样的隔离可以保持在5-10 nm的带宽。
2022-12-25 physics.optics
Anti-resonant reflecting acoustic rib waveguides for strong opto-acoustic interaction
提出利用反谐振反射声波导（ARRAWs）在常规绝缘体上硅脊波导中限制弹性场，结合传统光学限制，实现了与特殊几何结构相当的高效后向受激布里渊散射增益。
2024-09-23 physics.optics
