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
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
Tunable narrowband microwave photonic filter created by stimulated Brillouin scattering from a Silicon nanowire
我们展示了第一个功能的信号处理设备的基础上受激布里渊散射的硅纳米线。我们仅使用1 dB的片上SBS增益来创建具有48 dB抑制、98 MHz线宽和6 GHz频率调谐的RF光子陷波滤波器。该器件在片上微波信号处理中具有潜在的应用价值，为研制第一个CMOS兼容的高性能射频光子滤波器奠定了基础。
2015-06-25 physics.optics
Genetic optimization of Brillouin scattering gain in subwavelength-structured silicon membrane waveguides
片上布里渊光学力学在通信、传感和量子技术中具有巨大的应用潜力。近红外光子和千兆赫声子在集成波导中的严格限制仍然是实现强片上布里渊增益的关键挑战。在这里，我们提出了一种新的策略，利用硅波导中的布里渊增益，基于遗传算法优化和周期性的亚波长结构工程师的光子和声子模式同时进行。所提出的几何形状是由一个波导芯和一个晶格的锚定臂与一个亚波长周期需要一个单一的蚀刻步骤。采用多物理场遗传算法对波导结构进行了优化，使布里渊增益最大化。我们的模拟结果预测一个显着的布里渊增益超过3300 1/（W m），机械频率接近15 GHz。
2023-01-10 physics.optics
Brillouin and Kerr nonlinearities of a low-index silicon oxynitride platform
受激布里渊散射（SBS）和四波混频（FWM）等非线性光学效应在微波光子学、光学频率梳和量子光子学中起着重要作用。在低损耗和多功能的集成平台中利用SBS和FWM将为构建大规模基于布里渊/克尔的光子集成电路开辟道路。在这封信中，我们调查的布里渊和克尔特性的低折射率（n= 1.513@1550 nm）的氮氧化硅（SiON）平台。我们观察到，第一次，后向SBS在SiON波导的布里渊增益系数为0.3 $\rm m^{-1}W^{-1}$，它可以潜在地增加到0.95 $\rm m^{-1}W^{-1}$通过只是定制的波导截面。我们还在SiON环中进行了四波混频实验，得到了非线性参数$γ$ = 0.02 $\rm m^{-1}W^{-1}$ .我们的研究结果指向一个低损耗和低折射率的光子集成平台，这是布里渊和克尔有源。
2023-01-31 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
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 in layered media: nanoscale enhancement of silicon
本文对一般各向异性介质中受激布里渊散射进行了理论研究，在计算中考虑了声应变和局部旋转的影响。我们应用我们的一般理论框架来计算周期性长度尺度小于所有光波长和声波长的分层介质的SBS增益，这种复合材料表现得像均匀的各向异性介质。我们从理论上预测，分层介质包括纳米薄层的硅和作为$_2$ S $_3$玻璃具有体SBS增益$1.28 \times 10^{-9} \, \mathrm{W}^{-1} \, \mathrm{m}$。这比硅的增益系数大500倍以上，并且比As $_2$ S $_3$的增益大得多。这种增强是由于复合结构中的旋转光学、光弹性和人工光弹性贡献的组合。
2018-11-27 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
Brillouin Optomechanics in Coupled Silicon Microcavities
光学和机械波的同时控制使得一系列基础和技术突破成为可能，从超稳定频率参考装置的演示到激光冷却实验中量子经典边界的探索。最近，已经在布里渊区的集成纳米波导和微腔中观察到这种光-机械相互作用，其中短波长机械模式在几GHz处散射光。在这里，我们工程师耦合光学微腔光谱，使低阈值激发的机械行波模式，通过后向受激布里渊散射。探索后向散射，我们提出了支持超高频模式（$\sim25$ GHz）和大的光机械耦合率（$g_0/2π\sim 50$ kHz）的微腔设计。
2016-09-29 physics.optics
Back-scatter immune injection-locked Brillouin laser in silicon
作为自持振荡器，激光器具有不寻常的自发同步能力。这些非线性动力学是被称为注入锁定的简单而强大的稳定技术的基础，其中激光器的频率和相位可以由注入信号控制。由于其固有的简单性和良好的噪声特性，注入锁定已成为从精密原子光谱到分布式传感等应用中相干放大和高保真信号合成的主力。然而，在集成光子学中，这些注入锁定动力学仍然相对未开发-尽管具有重大的技术和科学影响潜力。在这里，我们首次展示了硅光子布里渊激光器的注入锁定。这种单片器件的注入锁定非常稳健，使我们能够通过布里渊增益带宽的很大一部分来调谐激光发射。利用这些动态特性，我们证明了小信号的放大超过23 dB。此外，我们证明了该系统的注入锁定动力学本质上是非互易的，在全硅系统中产生单向控制和反向散射免疫力。该器件物理学为硅光子学中的相位噪声降低、低噪声放大和反向散射免疫力的新策略打开了大门。
2020-01-14 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
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
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
On-chip Brillouin notch filter on a silicon nitride ring resonator
非接触布里渊光谱是一种纯光学和无标记的方法来检索基本材料的粘弹性。最近，三维成像模式的扩展已经为生物医学领域中新的令人兴奋的机会铺平了道路，但是布里渊频谱的检测仍然具有挑战性，因为主要的弹性背景光通常会干扰非弹性布里渊峰。在这封信中，我们展示了一个完全集成和超紧凑的布里渊陷波滤波器的基础上的光学环形谐振器上制作的氮化硅平台。我们的片上环形谐振器滤波器经测量具有10 dB的消光比和1.9x10^5的Q因子。实验结果为片上滤波器衰减弹性背景光的能力提供了概念验证，预示着全集成、超紧凑和低成本布里渊光谱仪的未来发展。
2022-01-03 physics.ins-det 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
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
Net on-chip Brillouin gain based on suspended silicon nanowires
光子-声子耦合的百年研究在过去十年中出现了令人瞩目的复兴。在早期对动力学反作用的观测的推动下，该领域发展到基态冷却和单个声子的计数。最近的一个分支研究了硅电路中行波、光学宽带光子-声子相互作用的潜力。在这里，我们报告连续波布里渊增益超过光损耗的一系列悬浮硅梁，选择性片上放大器的一步。我们获得的效率高达$10^{4} \, \text{W}^{-1}\text{m}^{-1}$，迄今为止在声子千兆赫范围内的最高。我们还发现，几何无序对纳米级声子为基础的技术构成了重大挑战的迹象。
2015-08-25 cond-mat.mes-hall 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
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
Brillouin nonlinearity characterizations of a high refractive index silicon oxynitride platform
本研究针对折射率n=1.65的特定氧氮比SiON平台，结合制备细节与强度调制泵浦-探测锁相放大器等超高灵敏表征技术，分析其布里渊非线性并与同类平台对比，为片上布里渊应用及多材料平台的相关表征提供支撑。
2024-01-29 physics.app-ph 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
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
Metamaterial control of stimulated Brillouin scattering
使用完整的光声数值模拟，我们证明了增强和抑制的SBS增益的超材料，包括一个亚波长立方阵列的介电球悬浮在介电背景材料。我们开发了一个一般的理论框架，并提出了几个数值例子，使用技术上重要的材料。对于硅中的As $_2$ S $_3$球，与纯硅相比，我们实现了超过一个数量级的增益增强，并且对于硅中的GaAs球，获得了完全抑制。As $_2$ S $_3$玻璃的增益也可以通过嵌入二氧化硅球来强烈抑制。示出的增益系数的组成项依赖于在一个复杂的方式上的填充分数。我们发现电致伸缩是体相介质中SBS控制的主要效应。
2016-05-10 physics.optics
Surface acoustic waves Brillouin photonics on a silicon nitride chip
本文通过在氮化硅平台上沉积氧化碲层引入表面声波驱动的强受激布里渊散射，实现增益提升超两个数量级，并演示了5 dB净增益放大器、7 Hz线宽布里渊激光器和2.2 MHz线宽可调微波光子滤波器。
2024-10-21 physics.app-ph 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 Stimulated Brillouin Scattering in Silicon Nitride Photonic Circuits
被称为受激布里渊散射（SBS）的声波和光波之间的相干光机械相互作用可以实现对于下一代无线通信、精密感测和量子信息处理重要的超高分辨率信号处理和窄线宽激光器。虽然SBS最近在集成波导中得到了广泛的研究，但许多实现依赖于复杂的制造方案，使用悬置波导或非标准材料，例如As $_2$ S $_3$。SBS在标准和成熟的制造平台中的缺乏阻碍了大规模电路集成，并严重限制了该技术的潜力。值得注意的是，由于缺乏声学引导和材料的极小光弹性响应，标准氮化硅集成平台中的SBS目前遥不可及。在本文中，我们实验证明先进的控制后向SBS多层氮化硅波导。通过优化两个氮化硅层之间的分离，我们首次在这个平台上解锁了千兆赫声波波导，导致SBS增益系数比以前的氮化硅波导高出15 $\times$。使用相同的原理，我们通过实验证明了通过防止波导平台中的声引导来按需抑制SBS。我们利用增强的SBS增益演示了具有高抑制（30 dB）的微波光子陷波滤波器。我们在一个低损耗、标准和多功能的氮化硅集成平台上实现了这一点，而不需要悬挂SBS有源波导或与其他材料的混合集成。
2022-02-15 physics.app-ph 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
Diamond Brillouin Lasers
通过受激布里渊散射（SBS）实现的光与声波之间的相干相互作用是在GHz频率下操纵光的基本工具。它的窄带和噪声抑制特性最近使微波光子功能的集成器件的硫系玻璃，二氧化硅和硅的基础上。金刚石具有更高的声学和带隙频率以及优异的热性能，有望提高频率，带宽和功率;然而，制造具有与布里渊频移匹配的谐振的低损耗光学和声学引导结构目前具有挑战性。在这里，我们使用强烈的腔增强拉曼产生驱动金刚石布里渊激光器没有声学指导。我们的多功能配置-自由空间布里渊激光器的首次演示-在71 GHz斯托克斯频移上提供数十瓦的连续布里渊激光输出，用户可在单斯托克斯和布里渊频率梳输出之间切换。这些结果为高功率、高相干激光器和布里渊频率梳打开了大门，也是迈向片上金刚石SBS器件的重要一步。
2018-06-30 physics.optics
Integration of spectral coronagraphy within VIPA-based spectrometers for high extinction Brillouin imaging
基于VIPA的光谱仪已经实现了快速布里渊光谱测量，并且多级VIPA光谱仪的当前设计提供了足够的光谱消光以探测透明组织、细胞和生物材料。然而，在高散射介质或存在强背反射的情况下，例如在不同折射率的材料之间的界面处，基于VIPA的布里渊光谱测量是有限的。虽然最近采取了若干办法来解决这一问题，但仍然存在重大挑战。在这里，我们已经适应了用于太阳系外行星成像光谱域的日冕仪的设计，并将其集成在一个双级VIPA光谱仪。我们证明，这会产生一个增加消光高达20分贝，几乎没有增加插入损耗。这种改进的力量生动地证明了布里渊成像接近反射界面，而无需折射率匹配或样品倾斜
2017-02-20 physics.ins-det physics.optics
Light-Sound Interaction in Nanoscale Silicon Waveguides
本论文主要研究奈米矽波导中近红外线与千兆赫声波的相互作用。第二章介绍了光子-声子耦合及其理论描述，描述了基本机制并发展了该过程的量子场论。第三章探讨了波导和腔中的动力学效应。证明了布里渊增益系数与真空耦合率之间的关系。第四章研究了纳米硅波导中布里渊散射的观测。波导紧密地限制$193 \, \text{THz}$光和$10 \, \text{GHz}$声振动。由于泄漏到二氧化硅衬底中，声学品质因数仍然限于约$300$。这些波导在$25 \, \text{mW}$的泵浦功率下在窄带频率中是光学透明的。除了这种放大之外，我们还将$10 \, \text{GHz}$微波信号转换到$1 \, \text{THz}$上。第五章扩展了第四章的实验工作，制作了一个由二氧化硅锚固定的完全悬浮的纳米线级联。这增强了从$300$到$1000$的机械品质因数，使得能够观察到布里渊放大超过硅中的传播损耗。放大的量主要受到随着悬架数量增加而声学质量快速下降的限制。我们提出了一种机制，以取消这种不均匀的扩大。第六章着眼于窄硅缝隙波导的潜力，以提高光机耦合。对于某些尺寸，这些波导支持光声模式，其相互作用效率比单纳米束系统高一个数量级。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Heterogeneous back-end-of-line integration of thin-film lithium niobate on active silicon photonics for single-chip optical transceivers
South China Normal University（华南师范大学）；Chongqing United Microelectronics Center Co., Ltd（重庆联合微电子中心有限公司）；Zhejiang University（浙江大学）；Sun Yat-Sen University（中山大学）
本研究通过异质后端工艺集成薄层 lithium niobate 与活性硅光子学，实现单芯片高带宽、低功耗的光学收发器集成。
2025-12-08 physics.optics
New silicon photonics integration platform enabled by novel micron-scale bends
尽管亚微米硅波导已被提出用于光子器件的密集集成，但迄今为止，市场上的光波电路主要依赖于具有微米级芯尺寸的波导。这些更大的波导具有更容易制造、更高的可靠性和更好的光纤接口。在低横向折射率对比度的情况下，获得了具有大纤芯尺寸的单模操作。因此，提高集成度和降低微米级波导电路成本的主要限制是它们的毫米至厘米级最小弯曲半径。幸运的是，具有微米级硅芯的单模脊形波导可以局部转化为具有非常高横向折射率对比度的多模条形波导。在这里，我们展示了如何用这些波导实现欧拉螺旋弯曲，弯曲半径低于10 μm，基模损耗低于0.02 dB/90°，为基于微米级波导的新型密集集成平台铺平了道路。
2013-01-09 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
Extending Silicon Avalanche Photodetection Beyond $2~μ$m by Direct GeSn Integration
Department of Engineering Physics, \'Ecole Polytechnique de Montr\'eal, C.P. 6079, Succ. Centre-Ville, Montr\'eal, Qu\'ebec, Canada H3C 3A7
本研究通过直接无缓冲层生长GeSn于硅衬底，结合横向薄结分离吸收-倍增架构，实现了可扩展的硅雪崩光电探测光谱范围扩展，制备的器件具备优异性能，适用于多领域单片红外探测器开发。
2026-09-02 physics.optics
Controlling evanescent waves using silicon photonic all-dielectric metamaterials for dense integration
在CMOS代工平台上制造的超紧凑、密集集成的光学部件对于光学信息处理和电子-光子共集成是非常期望的。然而，在硅光子器件中普遍存在的由纳米尺度限制引起的大空间范围的倏逝波导致显著的串扰和散射损耗。在这里，我们证明了各向异性全介质超材料打开了一个新的自由度，在全内反射，以缩短衰减长度的倏逝波。我们的实验表明，减少串扰大于30倍，弯曲损耗大于3倍，在密集集成，超紧凑的光子电路块。我们的原型全介质超材料波导实现了约3.7 dB/cm的低传播损耗，与硅条形波导的传播损耗相当。我们的方法标志着从干涉为基础的限制，如在光子晶体或槽波导，利用纳米级场增强的出发。其抑制倏逝波而不显著增加传播损耗的能力将为基于全电介质超材料的密集集成铺平道路。
2018-07-04 physics.optics
Nonreciprocal Inter-band Brillouin Modulation
在光子电路中实现非互易光传播对于控制信号串扰和光学后向散射是必不可少的。然而，在低损耗集成光子系统中实现高保真非互易性仍然具有挑战性。在本文中，我们实验证明了一种基于非局域声光光散射的器件概念，在集成的硅光子平台中产生非互易单边带调制和模式转换。在该过程中，通过硅波导中的光学力驱动的行波声学声子用于通过线性带间布里渊散射过程调制空间分离的波导中的光。我们证明了高达38 dB的非互易性与37 dB的单边带抑制。与现有的基于布里渊和光力学的非互易性方案相比，该散射过程的带宽通过光学相位匹配而不是声学或光学谐振来设置。因此，实现了超过125 GHz的创纪录的大带宽，并有可能通过光色散工程进行进一步的重大改进。非互易调制器的工作波长在35 nm带宽的可调谐性证明通过改变光泵浦波长。这种行波声光调制器为在集成光子电路中实现宽带、低损耗的隔离器和环行器提供了一条很有前途的途径。
2018-08-10 physics.app-ph physics.optics
Vertical optical ring resonators fully integrated with nanophotonic waveguides on silicon-on-insulator substrates
我们展示了在绝缘体上硅衬底上的硅纳米光子波导与垂直光学环形谐振器的完全集成，以实现朝向3D光子集成的重要一步。片上集成是通过将2D差分应变TiO 2纳米膜卷起到纳米光子微芯片上的3D微管腔中来实现的。集成配置允许平面内波导和垂直微管腔之间的平面外光学耦合作为紧凑且机械稳定的光学单元，这可以实现多个光子层的3D堆叠中的精细垂直光传输。在这种垂直传输方案中，基于亚波长厚壁微腔演示了通信波长光信号的谐振滤波。此外，制备了微管腔阵列，并且每个微管腔与多个波导集成，这开辟了通过单腔器件的并行和多路由以及高通量光流体感测方案的有趣前景。
2015-06-29 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
Cross-polarized stimulated Brillouin scattering empowered photonics
本文提出在铌酸锂中集成交叉偏振受激布里渊散射与Kerr和二次非线性，实现窄线宽可调激光器、高效模式转换器及布里渊-二次激光器与频率梳，显著提升光子器件性能。
2024-05-24 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
Nanolasers grown on silicon
随着微处理器的速度越来越快，光互连与硅基电子器件的集成可以解决芯片级数据传输面临的日益增长的限制。然而，材料晶格失配和不相容的生长温度从根本上限制了激光器到硅衬底上的单片集成。在这里，我们使用一种新的生长方案来克服这一障碍，并直接生长片上InGaAs纳米柱激光器，展示了自下而上的纳米光电集成的潜力。独特的螺旋传播腔模式被用来强烈限制在亚波长纳米柱内的光，尽管InGaAs和硅之间的折射率对比度低。因此，这些模式为设计芯片上纳米光子器件（如激光器）提供了途径。纳米柱激光器在硅上生长，提供微小的足迹和可扩展性，因此特别适合高密度光电子学。它们最终可能会成为弥补光子电路和电子电路之间现有差距所需的缺失单片光源的基础。
2011-01-17 physics.optics
Monolithic integration of blue light sources into silicon nitride photonic chips
本研究从理论上探索了单片集成蓝光光源的氮化硅光子芯片，通过结合漂移扩散与麦克斯韦方程构建模型优化参数，为异质集成蓝光光子电路提供了可行方案。
2024-12-05 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
Broadband energy-efficient optical modulation by hybrid integration of silicon nanophotonics and organic electro-optic polymer
硅有机混合集成器件具有新兴的应用，从高速光学互连到光子电磁场传感器。电光聚合物填充硅缝隙光子晶体波导（PCWs）结合了PCWs的慢光效应和电光聚合物的高极化率，有望实现高性能的光调制器。提出了一种基于电光聚合物填充硅缝隙PCW的宽带、低功耗、低色散、紧凑型光调制器。在背栅电压的辅助下，调制响应可达50 GHz，3dB带宽为15 GHz，在10 Gbit/s时的能量消耗为94.4fJ/bit。此外，晶格移位的PCW被用于将光学带宽提高到基于非频带工程PCW和环形谐振器的其他调制器的约10倍。
2015-03-06 physics.optics
Isolator-free Integration of C-band InAs-InP Quantum Dash Buried Heterostructure Lasers with Silicon Waveguides
采用面-面直接耦合的方法优化了InAs-on-InP量子点掩埋异质结激光器和硅片的相互集成，获得了-1.2dB的耦合效率，耦合激光器的RIN为-150dB/Hz，线宽为152 kHz。
2020-03-30 physics.app-ph physics.optics
On-chip generation and demultiplexing of quantum correlated photons using a silicon-silica monolithic photonic integration platform
我们演示了在由硅和硅基波导组成的单片光子芯片上量子相关光子的产生和解复用。在硅基波导平台上制作了阵列波导光栅，成功地将非线性硅波导中产生的光子对分成两个光通道。
2014-09-14 physics.optics quant-ph
From Sommerfeld and Brillouin forerunners to optical precursors
在介质磁化率弱、共振窄的双重极限下，理论上考虑了阶跃调制脉冲在单共振吸收介质中产生的索末菲和布里渊先导。结合直接拉普拉斯-傅立叶积分和计算的鞍点法，我们建立了一个明确的解析表达式的传输场在任何时候都有效，即使当两个先驱显着重叠。我们研究如何他们的完全重叠，发生较短的传播距离，起源形成的独特的瞬态目前命名为共振前兆或动态拍。我们得到的表达，这种瞬态相同的通常在缓慢变化的包络内，尽管初始不连续的入射场包络。本文还简要地讨论了超短脉冲入射产生的动力学拍频和π脉冲
2013-04-04 physics.optics
Heterogeneously Integrated Balanced Photodetector on an Ultra-Low Loss Silicon Nitride Delay Line Interferometer
University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究在超低损耗氮化硅平台上集成高性能光探测器，核心方法是异质集成InGaAs平衡光电探测器与氮化硅马赫-曾德尔干涉仪，主要贡献是实现片上稳定激光器和电路等功能。
2026-07-07 physics.optics
Unifying Brillouin scattering and cavity optomechanics
到目前为止，布里渊散射和腔光学力学大多是不相关的研究分支-尽管两者都涉及光子-声子耦合。这就要求发展一个包含这两个领域的更广泛的理论。在这里，我们从布里渊有源波导的动力学推导出光机械腔的动力学。这种明确的转变阐明了布里渊放大和电磁感应透明等现象之间的联系。证明了腔光力学中常见的效应都有行波伴，但反之则不然。我们揭示了在这些领域中的两个重要参数之间的密切联系：布里渊增益系数和零点光机耦合率。这使得不同的系统之间的比较超冷原子云，等离子体拉曼腔和纳米硅波导。此外，信封背面的计算表明，未观察到的效果，如光子辅助放大的旅行声子，现在可以在现有的系统。最后，我们制定电路和腔面向光学力学的真空耦合率，合作和增益系数，从而反映了在基础物理的相似性。
2016-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultra-Low-Noise Brillouin Hybrid Synthetic Laser for Sub-Hertz Lattice Clock Spectroscopy
University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；JILA, National Institute of Standards and Technology and University of Colorado, Boulder（JILA，美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学博尔德分校）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）；Time and Frequency Division, National Institute of Standards and Technology, Boulder（美国国家标准与技术研究院博尔德时分部）
通过结合低温硅腔的超高频率稳定性和集成布里渊激光器的高傅里叶频率噪声抑制，实现了覆盖超过7个数量级傅里叶范围的频率噪声抑制，产生亚赫兹线宽，并用于亚赫兹拉比光谱测量。
2026-05-28 physics.optics
Monolithic Integration of Embedded III-V Lasers on SOI
硅光子集成由于其优良的光学器件特性和互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容性，在许多应用领域取得了巨大的成功。在单个硅晶片上实现III-V族激光器和硅光子组件的单片集成被认为是超密集光子集成的长期障碍，超密集光子集成可以提供相当经济、节能和可在制造厂扩展的片上光源，这尚未被报道。在这里，我们展示了嵌入式InAs/GaAs量子点（QD）激光器直接生长在沟槽绝缘体上硅（SOI）衬底，实现单片集成对接耦合硅波导。利用SOI沟槽内的光栅结构和独特的分子束外延（MBE）外延方法，在此模板上实现了高性能的外耦合硅波导嵌入式InAs量子点激光器。通过解决这种单片集成结构中的外延和制造挑战，获得了SOI上的嵌入式III-V族激光器，其连续波激射高达85 oC。从对接耦合硅波导的末端可以测量到6.8mW的最大输出功率，估计耦合效率约为-7.35dB。本文提出的结果提供了一种可扩展的低成本外延方法，用于实现直接耦合到硅光子器件的片上光源，用于未来的高密度光子集成。
2022-07-16 physics.app-ph physics.optics
Foundry's perspective on laser and SOA module integration with silicon photonics
本文从代工厂角度探讨将III-V族激光器和SOA模块与硅光子平台集成的解决方案，以解决硅间接带隙导致的光源集成难题，推动实用化可扩展集成光子学发展。
2024-02-20 physics.app-ph physics.optics
