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 in a Linear Waveguide
由于斯托克斯散射在大多数实际系统中的热力学优势，布里渊散射通常不被认为是可以导致材料冷却的机制。然而，在谐振器上的实验中已经示出，通过反斯托克斯布里渊散射的净声子湮灭可以借助于合适的一组光学和声学状态来实现。另一方面，在线性波导中冷却行进的声子，可能导致操纵单向声子通量的令人兴奋的未来前景，甚至通过声子非互易传输量子信息。在这项工作中，我们提出了一个分析的条件下，低和高群速度的声子布里渊冷却可以实现在线性波导。我们分析了参与前向布里渊散射的光学模式和行进声学模式之间的三波混合相互作用，并揭示了该过程的关键操作机制。我们的计算表明，可测量的冷却可能会发生在一个系统中的声子的空间损失率是相同的顺序作为空间光学损失率。如果这种波导中的布里渊增益达到10 $^{5}$ m $^{-1}$ W $^{-1}$的量级，则可以用几mW的适度泵浦功率观察到声子模式的明显冷却。
2016-10-17 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
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
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
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
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
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
A Directly-Written Monolithic Waveguide-Laser Incorporating a DFB Waveguide-Bragg Grating
报道了第一台C波段直写单片波导激光器的研制和性能。波导激光器装置在掺铒和镱的磷酸盐玻璃基质中产生，并且由包括分布反馈布拉格光栅结构的光波导组成。飞秒激光直写技术被用来创建波导和波导布拉格光栅同时在一个单一的加工步骤。波导激光器在约980 nm处被光泵浦，并在1537 nm处被激射，带宽小于4 pm。
2008-02-08 physics.optics
Optical vortex Brillouin laser
在过去的几十年里，光学涡旋已经得到了广泛的研究，它提供了一个额外的自由度，在许多应用中非常有用，例如光镊和量子控制。受激布里渊散射具有窄线宽和强非线性响应，已被用于实现准连续波（CW）激光。本文报道了基于手性光子晶体光纤的布里渊激光器中光涡旋和声模的稳定振荡。手性光子晶体光纤支持螺旋布洛赫模（HBM），螺旋布洛赫模携带圆偏振光涡旋并显示圆双折射。我们实现了一个窄线宽布里渊光纤激光器，稳定地发射第一和第二阶涡旋携带HBM。角动量守恒选择规则规定泵浦和后向布里渊信号具有相反的拓扑电荷和自旋。此外，我们表明，当手性PCF被放置在一个激光环形腔中，与激射相关的线宽变窄允许的布里渊增益的峰值，对应于声学模式进行测量，分辨率为10 kHz和精度为520 kHz。这一结果为新一代涡旋载SBS系统在量子信息处理中的应用铺平了道路，涡旋载非互易系统。
2022-04-25 physics.optics
Thermal and driven noise in Brillouin Lasers
由于其高度相干的发射和紧凑的形状因子，布里渊激光器已被确定为包括便携式原子钟、精密传感器、相干微波合成和相干通信的节能方法在内的应用的宝贵资产。虽然这些激光器的基本发射线宽可能非常窄，但介电材料内的噪声会导致载波频率漂移，这对需要超稳定发射的应用构成了棘手的挑战。对布里渊激光器性能的统一理解可以提供关键的见解，以达到新的频率稳定性水平，然而现有的噪声模型仅关注一个或几个关键噪声源，并且没有捕获由热波动或吸收功率产生的激光频率的热光漂移。在这里，我们开发了一个耦合模式理论的布里渊激光动力学占主导地位的形式的噪声在非晶体系统，捕捉各种系统的频率和强度噪声的显着特点。因此，理论和实验可以直接进行比较，以确定关键的噪声源及其影响的频带，揭示提高布里渊激光器性能的策略，并为芯片上的高度相干光源铺平道路。
2021-12-01 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
Controlling the long-term dynamics of Brillouin Fiber Lasers using pump modulation: Bi-stable lasing and Hysteresis
布里渊光纤激光器的长期激光动力学最近被证明是由一个内在的热反馈，稳定在增益线的下半部分的激光频率。我们表明，这种反馈可以利用泵浦调制，大大控制这种动态。具体来说，我们实验证明了一个双稳态光纤激光器的激光模式之间的切换是可能的，通过控制腔长或泵浦功率。固有的滞后响应确保了激光器在每个模式下的长期稳定性。实验结果与基于主方程的理论模型吻合良好。
2018-05-15 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
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
The Phonon-Limited-Linewidth of Brillouin Lasers at Cryogenic Temperatures
激光线宽在光谱学、频率计量学和所有需要高相干性的激光应用中至关重要。这也是非常重要的，因为肖洛-汤斯激光器的线宽极限是量子起源的。近年来，受激布里渊激光器（SBL）的线宽理论得到了报道。虽然SBL线宽公式表现出的功率和光学Q因子的依赖性是相同的肖洛-汤斯公式，噪声源不存在于两级激光器，声子占据的布里渊力学模式，被预测为占主导地位的SBL线宽的贡献。此外，由于声子的参与，SBL线宽的量子极限被预测为Schawlow-Townes极限的两倍。为了帮助证实这一理论的SBL基本线宽测量在低温下的硅微谐振器。它的温度依赖性和SBL线宽理论相结合，预测在三个温度下的热机械量子数。这一结果与微波速率布里渊模的玻色-爱因斯坦声子占有率一致，支持了SBL线宽理论的预言。
2017-06-11 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
Brillouin-Kerr soliton frequency combs in an optical microresonator
在光学微谐振腔中产生布里渊激光，利用产生的布里渊激光在同一腔中激发克尔频率梳，实现了孤子克尔微梳。腔内布里渊激光泵浦方案使我们能够利用蓝失谐输入泵浦获得孤子态。由于所产生的布里渊激光的超窄线宽和低噪声特性，即使使用相对宽线宽的二极管激光器，所观察到的孤子微梳也表现出窄线宽的梳状线和稳定的重复率。此外，我们证明了一个低噪声微波信号的相位噪声水平为-24 dBc/Hz（10 Hz），-111 dBc/Hz（10 kHz）和-147 dBc/Hz（1 MHz偏移）的11.14 GHz载波，只有一个自由运行的输入泵。由于布里渊-克尔孤子微梳易于实现，且具有良好的性能，使得该方案具有很好的实际应用前景。
2020-08-14 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
Chip-based Brillouin lasers as spectral purifiers for photonic systems
高相干性激光器在广泛的应用中是必不可少的，然而，这种性能通常与大的激光腔相关联，因为增加能量存储降低了量子相位噪声，并且还使得激光频率对腔振动不太敏感。这种基本的缩放规则与一组新兴的光学系统不一致，这些光学系统专注于紧凑（最佳可集成）的高相干光源。这些包括使用正交幅度调制的相位相干光通信，以及基于光梳技术的记录低相位噪声微波源。在这项工作中，第一，基于芯片的布里渊激光器被证明。它具有高效率和单线运行的特点，具有任何基于芯片的激光器中最小的Schawlow-Townes频率噪声。由于激光器的发射和输入泵浦之间的频率偏移相对较小，因此该器件提供了一种新的功能：对紧凑的低相干光源（如半导体激光器）进行光谱净化。
2012-01-20 physics.optics
Fundamental noise dynamics in cascaded-order Brillouin lasers
级联阶布里渊激光器的动力学特性使其成为旋转传感、高相干光通信和低噪声微波信号合成等应用的理想选择。值得注意的是，当在芯片级实现时，最近的实验研究已经揭示，布里渊激光器可以在光机械和量子噪声源占主导地位的基本线宽范围内操作。为了探索新的机会，提高性能，我们制定了一个简单的模型来描述级联布里渊激光器的物理耦合模式动力学的基础上，由电致伸缩和波动耗散定理。从这个模型中，我们得到的解析公式描述的稳态功率的演变和伴随的噪声特性，包括表达式的相位噪声，相对强度噪声和功率谱的拍音级联激光订单。我们的分析表明，级联修改的动态中间激光订单，产生的噪声特性，不同于单模布里渊激光器。这些修改导致斯托克斯阶线宽依赖于耦合阶动力学和更宽的线宽比以前的单阶理论预测。我们还推导出一个简单的分析表达式，高阶拍音符，使计算的斯托克斯线宽的基础上，只有相对测量的功率之间的订单，而不是绝对参数，产生一种方法来测量级联阶线宽，以及子Hz操作的预测。我们验证了我们的研究结果使用随机数值模拟的级联激光动力学。
2018-02-12 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
Electrically Pumped Single Transverse-Mode Coupled Waveguide Lasers by Parity-time (PT) Symmetry
我们演示了由宇称时间（PT）对称性实现的宽区域耦合波导激光器的单横模操作。PT对称激光器工作在具有电调谐增益和损耗的耦合波导腔上。这种违反直觉的波导设计使得PT对称断裂成为可能，从而导致独特的模式选择，并最终实现单模操作。通过电调谐耦合波导腔的损耗区，理论上分析了几种不同的PT对称区，并在实验上证明了耦合波导激光器中相应的PT对称相变。
2018-05-26 physics.optics
Watt-level ultrahigh-OSNR single-longitudinal-mode tunable Brillouin fiber laser
报道了一种瓦级光信噪比（OSNR）可调谐的单纵模布里渊光纤激光器（BFL），通过优化单模光纤（SMF）腔长为11 m，输出比为60%，获得了1.04 W的输出功率，并在2.24 W泵浦功率下获得了稳定的SLM工作。单通腔BFL的优点是布里渊泵浦频率不需要与腔模匹配，从而大大提高了稳定性。由于腔中只使用单模光纤，所以工作波长可以调谐而不受自激射腔模的限制。进一步证明了单频光纤激光器能够产生瓦级功率。该激光器在噪声、线宽和稳定性方面具有优异的性能。
2012-12-03 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
