Efficient spectroscopy of single embedded emitters using optical fiber taper waveguides
基于使用光纤锥形波导探测单发射器嵌入在薄介质膜的技术进行评估，通过数值模拟。对于一个适当的膜几何形状，光致发光收集效率超过10%的预测，超过了一个数量级的标准自由空间收集的效率。我们的研究结果表明，这些光纤锥形波导提供了良好的前景，执行有效的光谱的单发射器嵌入在薄膜中，如一个单一的自组装量子点在半导体膜。
2009-06-11 physics.optics quant-ph
Photonic integration of lithium niobate micro-ring resonators onto silicon nitride waveguide chips by transfer-printing
本文首次通过转移印刷技术将铌酸锂微环谐振器集成到氮化硅波导芯片上，实现了异质光子集成，测得加载品质因数超过32000。
2022-09-08 physics.optics
Boundary-dominated optomechanics in silicon metamaterial membranes
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（纳米科学和纳米技术中心，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；Telecommunication Research Institute (TELMA), Universidad de Málaga（马拉加大学电信研究所）；Photonic Systems Laboratory, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院光子系统实验室）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本文提出利用垂直呼吸机械模式与横向磁光学模式耦合，实现硅膜中高频率光声学信号处理，展示出12GHz的布拉格增益与高Q因子比。
2026-05-08 physics.optics
Waveguide-Coupled Mid-Infrared GeSn Membrane Photodetectors on Silicon-on-Insulator
本研究通过转印将应变弛豫 GeSn 薄膜集成于绝缘体上硅波导，实现室温至 3.1 μm 的中红外探测器，并验证其高性能与可扩展制造。
2025-07-25 physics.app-ph physics.optics
Monolithically integrated waveguide-coupled silica microtoroids
我们报道了一种新型的单片耦合到片上硅纳米线波导的微环形高Q值石英谐振器的设计和制造。为了实现单片波导耦合，微环形几何形状被反转，使得谐振器通过在悬浮SiO2膜中蚀刻的孔的圆周处的热回流形成。这种配置被证明是有利于与一个功能齐全的硅光子技术平台的集成。
2015-10-26 physics.optics
Optical Nanofiber Testbeds for Benchmarking Membrane-Waveguide Photonic Integrated Circuit Platforms toward On-Chip Quantum Inertial Sensing
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）
本文提出三种创新，通过光学纳米光纤测试平台验证了蒸发场原子引导，展示了低功率引导自由运动的铯原子，并验证了原子相干性，为芯片级量子惯性传感奠定了基础。
2026-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Experimental demonstration of fiber-accessible metal nanoparticle plasmon waveguides for planar energy guiding and sensing
实验证据的模式选择倏逝波功率耦合在电信频率与效率高达75%，从锥形光纤精心设计的金属纳米粒子等离子体波导。波导由一个二维的正方形晶格光刻定义的金纳米粒子的光学薄硅膜。利用光纤拉锥分析了波导的色散和衰减特性。功率传输到这些波导中的高效率解决了传统光学器件和等离子体激元器件之间的耦合问题，并且可以导致高效等离子体激元传感器和光学开关的发展。
2004-05-20 physics.optics
Observations of Spontaneous Raman Scattering in Silicon Slow-light Photonic Crystal Waveguides
报道了硅光子晶体波导中自发喇曼散射的观测结果。报道了在六角晶格光子晶体硅薄膜中的单线缺陷波导中，连续波测量斯托克斯辐射的波长和功率依赖性。通过利用类TM模的布拉格间隙边缘色散进行泵浦增强和类TE基模的斯托克斯增强，观察到斯托克斯辐射在慢群速度区域增加了5倍。结果表明，硅光子晶体慢光波导器件中存在明显的非线性增强效应。
2008-07-22 physics.optics
Disorder-induced coherent scattering in slow-light photonic crystal waveguides
我们提出了GaAs光子晶体膜的光传输测量和频率延迟反射图，这表明从传播与一个定义良好的群速度完全由无序诱导的相干散射为主的制度的过渡。采用自洽的光学散射理论，只有统计函数来描述的结构无序，我们得到了一个很好的协议与实验，没有拟合参数。我们的实验和理论一起提供了清晰的物理洞察自然发生的光本地化和多相干散射现象在慢光波导。
2009-06-02 physics.optics
A low-loss fiber accessible plasmon photonic crystal waveguide for planar energy guiding and sensing
描述了一种用于电磁能量传输的金属纳米颗粒等离子体激元波导，其利用色散工程来经由光学薄Si膜上的Au点的二维图案显著增加横向能量约束。使用有限差分时域模拟和耦合模理论，我们表明，从传统的光纤锥相位匹配的倏逝波激发是可能的，效率> 90%的现实几何形状。该波导中的能量损失主要是由于材料吸收，允许在电信频率下激发的1/e能量衰减距离约为2 mm。这个概念可以扩展到可见光区，并有望在光能引导，光学传感和开关中应用。
2003-12-09 physics.optics
Tailorable Stimulated Brillouin Scattering in Nanoscale Silicon Waveguides
虽然纳米级模式限制从根本上增强了硅波导内的各种非线性光-物质相互作用，但在硅纳米光子学中从未观察到行波受激布里渊散射非线性。通过一类新的混合光子-声子波导，我们首次在纳米光子硅波导中展示了可剪裁的行波前向受激布里渊散射，产生比任何以前的波导系统强3000倍的前向SBS响应。模拟结果表明，电致伸缩力和辐射压力的相干组合是负责大大增强在纳米尺度上的光子-声子耦合。高度可定制的布里渊非线性是通过设计膜悬浮波导的结构来产生的，以通过高品质因数（>1000）声子模式产生从1到18 GHz的布里渊谐振。硅光子学中的这种宽带和可定制的受激布里渊散射可以通过使用标准半导体制造和CMOS技术来实现片上慢光器件、RF光子滤波和传感以及超窄带激光源的实际实现。
2013-01-30 physics.optics
Topological membrane devices for terahertz on-chip photonics
太赫兹波为下一代传感、成像和信息通信提供了一个深刻的平台。然而，所有传统的太赫兹组件和系统都存在体积庞大的设计、对缺陷的敏感性和传输损耗。在这里，我们建议和实验证明片上集成和拓扑器件的小型化，可以解决许多现有的太赫兹技术的缺点。我们设计并制作了基于谷霍尔光子结构的拓扑器件，可用于片上太赫兹系统的各种集成组件。更具体地说，我们演示了谷锁定的非对称能量流和模式转换与拓扑直波导，多端口耦合器，波分，和回音壁模式谐振器。我们的器件是基于拓扑薄膜超表面，这是非常重要的发展片上光子学和带来许多新的功能到太赫兹器件。
2022-01-26 physics.optics
Stimulated Forward Brillouin Scattering in Subwavelength Silicon Membranes
National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本研究针对硅纳米光子波导中光机模式强交叠与紧限制的难题，提出结合两种周期晶格的双晶格策略，实现了超高布里渊增益，为片上光机相互作用调控提供了新途径。
2025-07-23 physics.optics
Bonding, antibonding and tunable optical forces in asymmetric membranes
我们表明，可调的吸引力（键合）和排斥力（反键合）可以出现在高度不对称的结构耦合到外部辐射，导波共振，首先预测在对称系统的键合/反键合水平排斥的后果。我们的重点是由悬浮在未图案化分层衬底上方的光子晶体（多孔）膜组成的几何形状，支持可以通过多孔膜的周期性调制耦合的平面波导模式。与对称双膜结构相比，非对称几何结构在易于制造和实验表征方面具有明显的优势。我们发现，不对称性也可能导致不寻常的行为的力的大小的键合/反键对膜分离的变化，包括非单调依赖的分离。我们提出了一种计算方法，通过一个单一的时域模拟获得整个力谱，通过傅立叶变换的响应，以一个短脉冲，从而获得频率依赖的应力张量。我们指出，通过操作两个，而不是一个单一的频率，这些倏逝力可以被利用来调整膜的弹性常数，而不改变其平衡分离。
2011-01-16 physics.optics
Single-molecule imaging of the H-ras membrane-anchor reveals domains in the cytoplasmic leaflet of the cell membrane
在过去的十年中，有证据表明，直径为50-700 nm的小区域位于质膜的外质小叶中。这些结构域中的大多数被认为由特定的脂质和蛋白质组成，并且被认为协调信号转导级联。类似的结构域是否也存在于质膜的细胞质小叶中，目前尚不清楚。为了研究胞质小叶结构域的存在，将H-Ras膜靶向序列融合到增强型黄色荧光蛋白的C末端。使用单分子荧光显微镜，记录单个分子在质膜的细胞质小叶中扩散的轨迹。从这些轨迹，个别膜锚定的增强黄色荧光蛋白分子的扩散进行了研究，在活细胞的时间尺度从5到200毫秒。结果表明，30-40%的分子的扩散被限制在域与一个典型的大小为200 nm。肌动蛋白的分解和胆固醇的提取都没有显著改变结构域的特征，这表明所观察到的结构域可能与迄今为止确定的膜结构域无关。
2007-04-29 physics.bio-ph 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
Equilateral triangular waveguides, modal structure, attenuation characteristics and quality factor
Tecnológico de Monterrey（蒙特雷理工学院）；University of Nigeria Nsukka（尼日利亚恩苏卡大学）
通过叠加平面波解得到等边三角形波导的解析本征函数，利用艾森斯坦整数数论严格排序本征值，并分析其衰减特性和品质因数。
2026-07-02 physics.optics
Semiconductor waveguide quantum well lasers
与硅光子兼容的相干激光器阵列在碳化硅和氧化硅衬底上转移的外延生长的半导体膜量子阱激光器中的波导几何形状中被证明;我们记录的激射阈值低至60 mW的泵浦功率。我们研究了在亚毫米范围内的单个激光器和激光器阵列的发射。利用实空间成像和倒易空间成像研究了模宽约为5-10 μ m，模间间隔为10-20 μm的波导激光器阵列的发射特性，发现它们在单纵模或多纵模工作时都能保持相互相干性。
2022-01-21 physics.app-ph physics.optics
Probing the dispersive and spatial properties of planar photonic crystal waveguide modes via highly efficient coupling from optical fiber tapers
提出了一种基于光纤的探测器，用于有效地激发高折射率对比度平面光子晶体（PC）平板的波导模式。利用PC的色散，由标准二氧化硅单模光纤形成的光纤锥形波导用于将光倏逝地耦合到图案化硅膜的导模中。在光纤锥和PC波导模式之间获得了约95%的耦合效率，该PC波导模式适合于与先前研究的超小模式体积高Q PC谐振腔集成[1]。光纤锥的横向尺寸和色散也被用作近场空间和光谱探针，以研究PC波导模式的分布和色散。这种晶圆级探测技术的模式选择性，连同其高效率，表明它将是有用的，在未来的量子和非线性光学实验采用平面PC。
2003-08-12 physics.optics quant-ph
Demonstration of ultra-broadband single-mode and single-polarization operation in T-Guides
制备了硅基双折射薄膜波导（T型波导），并利用条纹成像技术对其进行了从可见光到红外的表征。数值计算表明，T型波导可以在2.6倍频程的范围内具有宽带单模单偏振（SMSP）特性。实验上，在正交偏振之间测量到高达90 dB/cm的偏振相关损耗差，并且观察到>1.27倍频程的记录SMSP窗口，仅受可用测量设备的限制。这些测量为SMSP光子学的T型波导提供了强有力的理由，特别是在高折射率材料上，例如我们之前在硅上的演示。
2016-06-29 physics.optics
Near Transform-limited Quantum Dot Linewidths in a Broadband Photonic Crystal Waveguide
平面纳米光子结构能够实现嵌入其中的量子点的发射的宽带、近单位耦合，从而实现理想的单光子源。单光子源的效率和相干性受到电荷噪声的限制，这将导致发射光谱的展宽，我们报道了通过在砷化镓薄膜中制备光子晶体波导来抑制噪声，该砷化镓薄膜包含嵌入在$p$-$i$ - $n$二极管中的量子点。波导附近的局部电接触使漏电流最小化，并允许量子点共振的快速电控制（$\approx$ 4 MHz带宽）。耦合到光子晶体波导的$79$量子点的共振线宽测量在6 nm宽的发射波长范围内表现出近变换极限发射。重要的是，局部电接触允许对同一芯片上的多个量子点进行独立调谐，这与变换限制发射一起是实现基于多发射极的量子信息处理的关键部件。
2020-05-08 physics.optics quant-ph
Photonic Bound State in the Continuum for Strong Light-matter Interaction
在高折射率薄膜上的低折射率波导混合光路中，由于不同泄漏通道的相消干涉，光耗散被禁止，发现了连续介质中的光子束缚态（BIC）.基于光子BIC，混合波导中的低模区和微谐振腔中的高品质因数可以用来增强光与物质的相互作用。以金刚石膜上易于加工的聚合物结构为例，这些优异的光学性能可以在很宽的结构参数范围内存在，且加工公差很大，并诱导光子与金刚石中氮空位中心之间的强耦合，用于可扩展的量子信息处理器和网络。这种具有光子BIC的制造友好结构在激光、非线性光学和量子光学应用中也是非常有前途的。
2013-05-23 physics.optics quant-ph
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
Hybrid photonic crystal cavity and waveguide for coupling to diamond NV-centers
提出了一种超高Q值光子晶体纳米腔的设计，该腔可与单晶金刚石样品表面附近的氮空位（NV）中心相互作用。该结构基于纳米线光子晶体几何形状，并且由图案化的高折射率膜（诸如由金刚石衬底支撑的磷化镓（GaP））组成。该纳米腔支持品质因数Q > 150万且模体积V < 0.52（λ/n_ \text{GaP}）^[3]的模，并有望使珀塞尔增强对位于金刚石表面以下50 nm以上的NV的自发发射的收集。纳米线光子晶体波导可用于有效地将光耦合进腔和耦合出腔，或者作为NV声子边带发射的有效宽带收集器。所提出的结构可以使用现有的材料和加工技术制造。
2009-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmonic-enhanced bright single spin defects in silicon carbide membranes
该研究利用金膜共面波导产生的表面等离子体，将4H-SiC中单双空位缺陷的亮度和自旋控制强度分别提升7倍与14倍，并通过距离调控、三能级模型和寿命测量揭示耦合机制。
2023-05-05 physics.optics quant-ph
Deterministic positioning of nanophotonic waveguides around single self-assembled quantum dots
在纳米光子结构中的预定位置嵌入自组装量子点（QD）的能力是复杂量子光子架构发展的关键。在这里，我们证明了量子点可以确定性地定位在纳米光子波导通过预先定位量子点相对于一个全球的参考系，使用微光致发光（$μ$ PL）光谱。纳米薄膜化后，$μ$ PL图像显示波导的中心轴和嵌入的QD之间的错位仅为$(9\pm46$）nm和$(1\pm33$）nm，对于嵌入在未掺杂和掺杂膜中的QD，分别。量子点位置的先验知识使我们能够研究纳米纤维引入的光谱变化。我们记录的平均光谱位移范围从0.1至1.1 nm，表明制造引起的位移一般可以通过电或热调谐的量子点进行补偿。最后，我们量化的极化率，永久偶极矩和发射频率在消失的电场不同的量子点电荷状态的纳米纤维的影响，发现这些变化是恒定的，只有70 nm的量子点表面分离。因此，我们的方法确定性地将量子点集成到纳米光子波导中，其光场包含纳米级结构，并且其群指数在纳米级上变化。
2020-08-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gap maps and intrinsic diffraction losses in one-dimensional photonic crystal slabs
对强折射率衬度平板波导中一维晶格的光子带进行了理论研究。该方法依赖于扩展的电磁场的基础上的有效波导的导模，并在处理耦合到辐射模式的微扰理论。光子模式色散，间隙图，和固有的衍射损耗的准导模的情况下，自立膜以及绝缘体上硅结构的计算。波导中的光子带隙被发现强烈地依赖于芯厚度和偏振，使得横向电模式和横向磁模式的间隙通常不重叠。准导模的辐射损耗与结构参数、模折射率和波矢密切相关。本研究结果对于设计低辐射损耗的集成一维光子晶体结构具有一定的参考价值。
2004-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Design of an integrated hybrid plasmonic-photonic device for all-optical switching and reading of spintronic memory
本文设计了一种集成混合等离激元-光子器件，通过双V形金纳米天线与光子晶体腔耦合，实现纳米级亚铁磁比特的全光开关与读取，克服了尺寸失配等挑战，优于裸波导。
2022-09-30 physics.app-ph physics.optics
Optical Reading of Nanoscale Magnetic Bits in an Integrated Photonic Platform
提出一种集成混合等离激元–光子器件，利用V形金纳米天线和偏振旋转器实现磁赛道中纳米级垂直磁位元的PMOKE光学读取。
2022-08-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Three-dimensional quantum photonic elements based on single nitrogen vacancy-centres in laser-written microstructures
完全集成的量子光学技术需要将有源量子系统并入谐振光学微结构中，并通过光子线在三维空间中互连。金刚石中的氮空位中心（NV-中心）是光稳定性优异的室温单光子发射体，是实现这一目的的理想候选者。广泛的研究努力，以耦合NV中心的光子结构，如光学微谐振器，微腔，和波导已被追求。集成的策略范围从自上而下的制造，通过蚀刻金刚石膜复杂的自下而上的组装的混合结构，使用金刚石纳米晶体，后者的方法允许确定性耦合。最近，已经引入了另一种基于经由熔融工艺将纳米金刚石并入软玻璃光纤中的方法。在这里，我们利用双光子直接激光写入（DLW）制造全三维（3D）结构的光致抗蚀剂与含有NV中心的纳米金刚石溶液混合。这是第一次，这种方法有助于构建几乎任意形状的集成3D量子光子元件。
2013-01-10 physics.optics quant-ph
Photonic-crystal slabs with a triangular lattice of triangular holes investigated using a guided-mode expansion method
根据最近的一项建议[S。Takayama等人，应用物理信函87，061107（2005）]，三角形气孔的三角形晶格可以允许在二维光子晶体板中实现完整的光子带隙。在这项工作中，我们提出了一个系统的理论研究，这种光子晶格中的高折射率膜，并与传统的三角形晶格的圆孔，通过导模展开的方法，其详细的配方在这里描述的比较。光子模式色散下面和上面的光线，间隙图，和固有的衍射损耗的准导模计算周期性晶格以及线和点缺陷定义在其中。主要结果概括如下：三角形孔的三角形晶格对于基导模确实具有完全的光子带隙，但有用区域一般受到二阶波导模存在的限制;（ii）晶格可以支持偶模的通常光子带隙（准TE偏振）和几个奇模带隙（准TM偏振），其可以被调谐以实现在基频的偶模和二次谐波频率的奇模之间的双谐振频率转换;（iii）具有圆形和三角形孔的三角形晶格中的准导模的衍射损耗，以及基于这些几何形状的线缺陷波导或点缺陷腔中的衍射损耗是相当的。结果表明三角形孔三角形晶格在非线性光学中的重要性，并表明导模展开法在计算光子带色散和衍射损耗，特别是高阶光子模时的有效性.
2007-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
