Nonlinear harmonic generation and devices in doubly-resonant Kerr cavities
本文描述了一个在$ω$和$3ω$两个谐振腔中，通过克尔（$\chithree$）非线性产生三次谐波（$ω\to3ω$）的非线性动力学理论分析。这样的双谐振腔将有效谐波产生所需的功率大大降低了$\sim V/Q^2$的因子，其中$V$是模态体积，$Q$是寿命，并且在临界输入功率下甚至可以表现出100%的谐波转换效率。然而，我们发现，它也表现出丰富的各种非线性动力学，如多稳态解和长周期的极限环。我们描述了如何补偿自/交叉相位调制（否则移动谐振腔频率），以及如何激发不同的稳定的解决方案（特别是高效率的解决方案）通过特殊调制的输入脉冲。
2008-08-22 physics.optics
Efficient telecom to visible wavelength conversion in doubly resonant GaP microdisks
在可见光（$Q \sim 10^4$）和红外（$Q \sim 10^5$）波长下支持高$Q$模的磷化镓微盘腔中，实现了1550 nm和775 nm之间具有外部效率$> 4.4\times10^{-4}\, \text{mW}^{-1}$的共振二次谐波产生.通过使用$\sim 360\,μ$ W的1550 nm光输入到光纤锥并谐振耦合到微盘的腔内光热温度调谐来满足双谐振条件。在此之上，观察到泵浦功率效率降低。所观察到的行为是一致的一个简单的模型，热调谐的双共振条件。
2016-01-12 physics.optics
Observation of tuning properties in a doubly resonant backward optical parametric oscillator
CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息重点实验室，中国科学技术大学）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心，中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本研究通过连续波泵浦实现双共振反向OPO，并发现其在不同调谐方式下的独特调谐特性，为连续波OPO应用提供了新可能性。
2025-09-25 physics.optics
Polarization-independent optical spatial differentiation with a doubly-resonant one-dimensional guided-mode grating
我们报告的设计和实验特性的悬浮氮化硅亚波长光栅具有偏振无关的导模共振在斜入射。在此共振波长下，我们观察到透射光束的横向强度分布与入射光束分布在光栅周期性方向上的一阶空间微分一致，而与入射光偏振无关。这些观测结果得到了全数值模拟的证实。简单的一维和对称的设计，结合这些基本上无损耗的介电薄膜的薄和优异的机械性能，是有吸引力的应用在光学处理，传感和光机械。
2021-12-09 physics.optics
Frequency comb generation through the locking of domain walls in doubly resonant dispersive optical parametric oscillators
本文从理论上研究了双共振色散光学参量振荡器中局域时间耗散结构的形成及其相应的频率梳。我们推导出一个非局域平均场模型，并表明畴壁锁定允许形成稳定的相干光学频率梳。
2019-08-06 nlin.PS physics.optics
Chi2 and chi3 harmonic generation at a critical power in inhomogeneous doubly resonant cavities
我们推导出100%的频率转换在任何双共振非线性腔，通过chi 2和chi 3非线性的二次和三次谐波产生的一般条件。我们发现，转换效率是优化的某一临界功率取决于腔参数，并假设合理的参数，我们预测100%的转换使用毫瓦或更少的功率。这些结果来自半解析耦合模理论框架，该框架是从以前的工作推广到包括chi2和chi3介质以及非均匀（全矢量）腔，在高效率极限下分析，其中下转换过程导致在临界功率下的最大效率，并通过非线性麦克斯韦方程组的直接时域有限差分（FDTD）模拟验证。根据线性腔本征模导出了非线性耦合系数的显式表达式，可用于设计和计算任意几何形状的腔。
2007-05-24 physics.optics
Magnetometry with nitrogen-vacancy ensembles in diamond based on infrared absorption in a doubly resonant optical cavity
我们建议使用一个光学腔，以提高灵敏度的磁力计依赖于检测的自旋状态的高密度氮空位系综在金刚石中使用红外光学吸收。腔的作用是在室温下获得接近1的吸收检测磁共振的对比度。我们项目的光子散粒噪声限制的灵敏度增加了两个数量级相比，单通的方法。光学损耗可以将增强限制到一个数量级，这仍然可以实现室温操作。最后，当光腔被设计成在泵浦和信号波长处都谐振时，光腔还允许使用较小的泵浦功率。
2013-01-04 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
Efficient single-pass third-harmonic generation at 520 nm for pumping doubly-resonant OPO
采用双极化磷酸钛氧钾（PPKTP）晶体，利用1560 nm激光经单程二次谐波（SHG）和单程和频（SFG）产生单程三次谐波（THG），获得了约545 mW的单频可调谐520 nm绿光激光输出。在单次倍频中，采用两个级联的双极化掺氧化镁锂（PPMgO：LN）晶体，获得了~ 3.5W的780.25nm倍频激光输出，最大倍频效率为26.8%。该系统可以提供一个泵浦源（520 nm）的光学参量振荡器在1560和780 nm的双色纠缠连续可变光场的产生和双色本地振荡器零差检测。
2017-02-21 physics.optics
Dark quadratic localized states and collapsed snaking in doubly resonant dispersive cavity enhanced second harmonic generation
从理论上研究了腔增强二次谐波产生中产生的二次暗局域耗散态的动力学、分岔结构和稳定性。这些状态，通过锁定的平面前波，经历崩溃的同宿蛇行，并可能表现出振荡动力学。
2021-08-03 nlin.PS physics.optics
Control of Second Harmonic Generation in Doubly Resonant Aluminum Nitride Microrings to Address Rubidium Two-Photon Clock Transition
随着越来越多的光子学应用向集成片上平台过渡，微谐振器中的非线性光学效应得到了广泛的研究。微谐振器具有光损耗低、模体积小等优点，是二次谐波发生（SHG）的最佳平台。然而，这种基于微谐振器的器件的工作带宽相对较小，这对需要解决特定目标波长的应用提出了挑战。在这项工作中，我们分析了相位匹配窗口和谐振波长相对于不同的微米宽度，半径和温度。制作了一个具有精确设计参数的芯片，实现了85-铷原子双光子跃迁波长的相位匹配。该方法可以推广到具有皮米精度的电信波段的任何目标泵浦波长。
2018-05-16 physics.optics
Tunable group delay in a doubly resonant metasurface composed of two dissimilar split-ring resonators
提出了一种利用双谐振超颖表面连续控制电磁波群延迟的方法。该方法是基于i）在具有两个谐振线的介质中的群速度对谐振线宽的依赖性和ii）由开口环谐振器组成的超表面的谐振线宽对电磁波的入射角的依赖性。为了验证这种方法的群延迟控制，我们设计了一个太赫兹超颖表面组成的两个开口环谐振器具有不同的谐振频率和数值分析的超颖表面的传输特性。在斜入射条件下，观察到双共振线，且共振透射下降随入射角的增大而变深变宽。双共振线中心频率附近的群延迟随入射角的变化范围为0 ~ 20倍入射波周期。与先前报道的方法使用电磁诱导的类超材料的群延迟的可变控制相比，对于小的群延迟条件实现了高透射率。
2019-09-11 physics.optics
Doubly resonant photonic antenna for single infrared quantum dot imaging at telecommunication wavelengths
胶体量子点（CQD）是现代光子学的基石之一，因为它们导致了新的光电和生物医学技术的出现。然而，这些量子发射器的完整表征目前仅限于可见波长，并且光学探测在红外光谱域中操作的单个CQD仍然是一个关键挑战，这是越来越多的应用的目标。在这里，我们报告的第一个实验检测和成像在室温下的单个红外CQD在电信波长工作。成像是用写在光纤纳米探针末端的双共振蝴蝶结纳米孔径天线（BNA）完成的，其共振光谱符合CQD吸收和发射波长。PbS CQD的直接近场表征揭示了具有75 nm（λ/20）的空间分辨率以及其固有的2D偶极自由空间发射特性和激子动力学（闪烁现象）的单个纳米晶体。由于双共振BNA在CQD吸收和发射波长下都具有很强的透射性，因此我们能够使用标准20%效率的InGaAs雪崩光电二极管（APD）进行全光纤纳米成像。检测效率预计将是3000倍以上，比传统的圆形孔径尖端相同的传输面积。因此，双共振BNA光纤探针提供了利用当前即插即用检测技术探索低带隙CQD中的极端光-物质相互作用的可能性，在红外发光器件、光电探测器、电信、生物成像和量子信息技术领域开辟了新的途径。
2016-10-28 physics.optics
Doubly resonant optical nanoantenna arrays for polarization resolved measurements of surface-enhanced Raman scattering
我们报告说，菱形金属纳米天线阵列支持多个等离子体共振，使它们成为有利的生物传感基板。除了与菱形的两个主轴相关联的两个局部等离子体偶极模式之外，样品支持额外的光栅诱导的表面等离子体极化激元共振。所有模式的等离激元特性进行了仔细研究，通过远场测量与数值和分析计算。然后将样品应用于表面增强拉曼散射测量。它被证明是高效的，因为两个等离子体共振的结构被同时调谐，以符合在SERS实验中的激发和发射波长。通过测量偏振角对SERS信号的影响来完成分析。
2009-10-30 physics.optics
Doubly-resonant-cavity electromagnetically induced transparency
对腔-原子系综系统进行了实验研究，实现了探测激光和控制激光均与法布里-珀罗腔共振的双共振腔增强电磁感应透明。我们展示了精确的频率操纵的混合光学原子共振，通过温度或腔长调谐。在这样的系统中，控制功率可以大大提高由于腔，和全光开关是实现了与以前的研究相比，控制激光功率低得多。本文提出了一个新的理论模型来描述自旋波与光学模之间的有效三波混频过程。有趣的非厄米物理的理论预测和实验证明。这种无需特殊腔体的双共振腔-原子系综系统可用于未来的应用，如光信号存储和微波-光频率转换。
2018-07-22 physics.atom-ph physics.optics
Doubly resonant photonic crystal cavities for efficient second-harmonic generation in III-V semiconductors
二阶非线性效应，如二次谐波产生，可以强烈增强纳米制造的光子材料时，基频和谐波频率的空间和时间限制。在传统的半导体化合物中实际设计小体积和双谐振纳米谐振器是具有挑战性的，由于其固有的折射率色散。在这项工作中，我们回顾了最近开发的策略，设计双谐振纳米腔低模式体积和大的品质因数的局部缺陷的光子晶体结构。我们建立在这种方法的基础上，通过应用进化优化算法与麦克斯韦方程组求解器，表明所提出的设计配方可以应用于任何材料平台。我们明确地计算了二次谐波产生效率的双谐振光子晶体腔设计在典型的III-V族半导体材料，如GAN和AlGaAs，在电信波长的基波为目标，并充分考虑了各自的非线性极化率的张量性质。这些结果可能会刺激在领先的半导体材料平台中实现小尺寸光子纳米结构，以实现前所未有的非线性效率。
2021-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-Optical Doubly Resonant Cavities for ReLU Function in Nanophotonic Deep Learning
Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）
本文提出利用紧凑双共振腔实现全光ReLU激活函数，通过非线性过程在光子结构中同时共振基频和二次谐波频段，实现低能耗高效率的光神经网络。
2025-04-28 physics.optics
Topologically protected second-harmonic generation via doubly resonant high-order photonic modes
拓扑驱动的非线性光-物质效应为拓扑光子学和非线性光学开辟了新的范例。在这里，我们提出在二阶光子拓扑绝缘体中实现高效率的二次谐波产生。该系统具有高局域化的拓扑角态，其基波和二次谐波的品质因数都很大，通过简单地调节结构参数，可以实现频率的完美匹配.通过双共振拓扑角态的非线性相互作用，预测了前所未有的频率转换效率。此外，对缺陷的非线性过程的鲁棒性也被证明。我们的工作开辟了新的途径拓扑保护的非线性频率转换使用高阶光子拓扑模式。
2021-11-30 cond-mat.other physics.optics
Unconventional photon blockade in doubly resonant microcavities with second-order nonlinearity
结果表明，非中心对称材料与散装二阶非线性极化率可以用来产生强烈的反聚束辐射在任意波长，仅由适当的工程耦合微腔的谐振行为确定。所提出的方案利用了非常规的光子阻塞的相干驱动场在耦合腔系统的输入，其中两个腔之一被设计为在基波和二次谐波频率，分别谐振。值得注意的是，非常规阻塞机制在两个谐波处以合理低的品质因数发生，并且不需要第二腔的尖锐双谐振条件，从而证明其在当前半导体技术下的可行性。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Doubly resonant enhancement of second-harmonic generation with in-plane phase matching in plasmonic metasurfaces on an AlInP slab waveguide
Department of Applied Physics, Aalto University（阿尔托大学应用物理系）；Engineered Nanosystems Group, Aalto University（阿尔托大学工程纳米系统小组）
研究在AlInP平板波导上的等离子体超表面中，通过高Q导模共振的面内相位匹配增强二次谐波产生。采用金纳米盘周期性阵列的混合超表面，实验和模拟表明双共振条件下二次谐波增强，为实现高效超表面频率转换器提供策略。
2026-07-10 physics.optics
Direct soliton generation in cw-pumped doubly resonant degenerate optical parametric oscillators
对连续波泵浦双共振简并光参量振荡器中通过泵浦频率扫描产生的直接孤子进行了解析和数值研究。通过对齐次解的分岔和线性稳定性分析，我们区分了不同的孤子形成机制和相应的动力学，这取决于泵浦和信号的群速度色散（GVD）。据我们所知，这是关于纯二次孤子动力学的第一次研究。此外，我们还讨论了如何通过调节泵浦和信号GVD引入调制不稳定性来扩展孤子的存在状态，从而更容易地获得二次孤子。我们的研究将有助于纯二次孤子的理论腔设计和实验实现。
2022-05-05 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Doubly-resonant $χ^{(2)}$ nonlinear photonic crystal cavity based on a bound state in the continuum
光子纳米结构同时最大化基频和二次谐波受限模式之间的光谱和空间重叠对于增强非线性介质中的二阶非线性效应是非常期望的。由于在二次谐波频率下设计带隙的困难，这些条件迄今为止在光子晶体腔中仍然具有挑战性。在这里，我们解决了这个问题，而不是使用在该频率的连续的束缚态，我们设计了一个双谐振光子晶体平板腔与以前的光子晶体设计相比，大大提高了非线性频率转换的品质因数。此外，我们表明，在这两个频率的远场发射是高度准直周围的正常入射，这允许同时有效的泵浦激发和收集所产生的非线性信号。我们的研究结果可能会导致前所未有的转换效率在参数下变频和二次谐波产生在一个非常紧凑的架构。
2019-08-07 physics.app-ph physics.optics
Second harmonic generation under doubly resonant lattice plasmon excitation
在等离子体纳米粒子阵列中，二次谐波产生在表面晶格共振处增强。我们进行了一个参数的调查，由金纳米棒组成的二维晶格的中心对称性是在斜入射打破。研究了线性入射光的周期性、入射角和入射方向对二次谐波产生的影响。通过改变入射角实现的在基波或二次谐波波长处的表面晶格共振的激发增强了转换效率。作为一个特殊的情况下，我们证明了这两个波长可以同时在特定周期的晶格共振。在这种双谐振情况下，实现了最大的二次谐波功率。
2022-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Widely-tunable, doubly-resonant Raman scattering on diamond in an open microcavity
基于块状金刚石的拉曼激光器是用于在没有普通激光二极管可用的波长范围内产生相干光的有价值的资源。然而，这种激光器的广泛使用受到其几瓦量级的高阈值功率要求的限制。使用芯片上的微谐振器，一个显着的减少超过两个数量级的激射阈值已被证明。然而，这些谐振器缺乏连续的调谐机制，并且主要由于制造限制，它们在可见光中的实现仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个钻石拉曼激光器在可见光的平台。该器件是基于一个小型化的，开放式的法布里-珀罗腔。我们的微腔提供了宽调谐双共振增强拉曼散射的高品质单晶金刚石。我们证明了一个$>$太赫兹连续调谐范围的双共振拉曼散射，范围仅限于反射阻带的镜子。基于实验确定的品质因数超过$300\,000$，我们的理论分析表明，与现实的改进，亚毫瓦阈值是很容易达到的。我们的研究结果铺平了道路，创造一个通用的低功率移频器，一个潜在的有价值的除了非线性光学工具箱。
2021-10-12 physics.app-ph physics.optics
Photonic band structure and effective medium properties of doubly-resonant core-shell metallo-dielectric nanowire arrays: low-loss, isotropic optical negative-index behavior
我们从理论和数值上研究了核壳结构金属半导体纳米线阵列的光域光子能带结构。计算了相应的负折射率光子带，得到了各向同性的等效面。的有效（负）的介电常数和磁导率，检索从S参数，是用来比较这样的纳米线阵列的性能与均匀介质中的典型的例子，如折射通过棱镜和平面透镜聚焦。发现非常好的一致性，确实确认了纳米线阵列作为低损耗、各向同性（2D）和体光学负折射率超材料的有效介质行为。事实上，引入无序是为了进一步强调其鲁棒性
2015-06-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Mid-infrared continuous-filtering Vernier spectroscopy using a doubly resonant optical parametric oscillator
我们提出了一个连续过滤游标光谱仪工作在3.15-3.4 $μ$ m的范围内，基于飞秒双共振光学参量振荡器，一个腔的精细度为340，光栅安装在振镜扫描器和两个光电二极管。该光谱仪允许在25 ms内以8 GHz分辨率采集一个跨越250 nm带宽的光谱，足以在大气压下解析分子线。主动锁定确保连续光谱的良好频率和强度稳定性，并实现连续信号采集和有效平均。使用法布里-珀罗标准具或电流计扫描器位置信号来校准相对频率标度。我们测量纯CH ${_4}$以及干燥和实验室空气的光谱，并通过模型光谱的多线拟合提取CH ${_4}$和H ${_2}$ O浓度。光谱仪的品质因数为1.7x10 ${^-}$ ${^9}$ cm ${^-}$ ${^1}$ Hz ${^-}$ ${^1}$ ${^/}$ ${^2}$/光谱元件，CH ${_4}$的最小可检测浓度为360 ppt Hz ${^-}$ ${^1}$ ${^/}$ ${^2}$，16 s后平均值降至90 ppt。
2017-01-31 physics.ins-det physics.optics
Doubly resonant nonlinear metasurfaces enabling NIR-to-UV upconversion for reconfigurable Fourier optical processing
Nanchang University（南昌大学）；Nanchang Institute of Science and Technology（南昌理工学院）；The Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, School of Physics and TEDA Institute of Applied Physics, Nankai University（南开大学物理学院、泰达应用物理研究院（教育部弱光非线性光子学重点实验室））；Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学）
双共振非线性超材料实现近红外到紫外上转换，用于可重构傅里叶光学处理和全光图像处理。
2026-03-02 physics.app-ph physics.optics
Doubly resonant photoacoustic spectroscopy: ultra-high sensitivity meets ultra-wide dynamic range
具有高灵敏度、宽动态范围、低成本和小占地面积的基于光声光谱（PAS）的气体传感器在能源、环境、安全和公共卫生的广泛应用中是期望的。然而，大多数的工作集中在声学谐振器增强声波或光学谐振器增强光波。在此，我们开发了一种基于双谐振PAS的气体传感器，其中使用组合的光学和声学谐振器在厘米长的配置中同时增强声波和光波。双驻波不仅提高了检测下限，而且由于谐振腔较短而扩大了检测上限。作为一个例子，我们开发了一个传感器，通过检测乙炔（C2 H2），实现了5.7*10-13 cm-1的噪声等效吸收和八个订单的动态范围。与最先进的PAS气体传感器相比，开发的传感器将灵敏度提高了两个数量级，并将动态范围扩展了三个数量级。此外，还提出了激光-腔-分子锁定策略，为快速气体检测提供了额外的灵活性。
2022-04-08 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Ultrabroadband Milliwatt-Level Resonant Frequency Doubling on a Chip
本文提出一种新型集成器件，通过两个独立微环谐振器分别增强泵浦光与二次谐波，实现超宽带谐振倍频，克服了传统色散约束，在电信波段实现毫瓦级二次谐波产生及Kerr频率梳上转换。
2025-07-15 physics.optics
Enhanced Third-Harmonic Generation in Diamond Photonic Crystal Slabs via Doubly Resonant Quasi-Bound States in the Continuum
Research Institute for Semiconductor Engineering, Hiroshima University（广岛大学半导体工程研究所）；Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学先进科学技术研究中心）
研究通过双共振在金刚石光子晶体平板中实现三次谐波产生，利用耦合模理论设计结构，经模拟得到中等品质因数下的归一化效率，有望在特定品质因数下提升，为全金刚石平台的频率转换提供途径。
2026-07-20 cond-mat.mes-hall 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
Singly resonant InGaP microresonators for efficient, low-threshold second-order nonlinear optics
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出单谐振InGaP微谐振器，结合大χ(2)非线性与高Q值，实现高效可调二次谐波、宽带量子频率梳及低阈值参量振荡，性能媲美双谐振系统。
2026-09-15 physics.app-ph physics.optics
High-frequency, resonant acousto-optic modulators fabricated in a MEMS foundry platform
我们报告的高频，谐振声光调制器（AOM）的MEMS铸造工艺的设计和表征。双谐振腔的设计，短（$L{\sim}10.5\, μm$）的声学和光学腔的长度，使我们能够测量声光调制在GHz的频率与高调制效率。与传统的AOM相比，这些器件依赖于由腔边界的位移引起的扰动，这在悬浮几何形状中可以显著增强。该平台可作为快速2D空间光调制器（SLM）、低成本集成自由空间光链路和光学增强型低噪声RF接收器的构建模块。
2019-10-16 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Resonant EO combs: Beyond the standard phase noise model of frequency combs
本研究通过解析、数值和实验证明谐振电光梳在短时间尺度及特定参数下不满足频率梳标准相位噪声模型，会出现第三种相位噪声分量，为其应用优化设计提供支撑。
2024-09-18 physics.optics
