Low-loss, high-bandwidth fiber-to-chip coupling using capped adiabatic tapered fibers
我们展示了在亚微米尖端终止的锥形光纤，该尖端包层有用于耦合到片上波导的较高折射率材料。该包层使得能够耦合到高折射率波导，而不会将光损失到掩埋氧化物。介绍了一种用高折射率聚合物包层拉锥光纤尖端的技术。研究了传统的锥形波导和分叉锥形波导结构用于包层光纤到片上波导的耦合。我们发现，分叉波导有利于对齐和封装，而传统的锥形导致更高的带宽。从光纤通过分叉耦合器到亚微米氮化硅波导的插入损耗为1.1dB，3dB带宽为90 nm。封装器件的耦合损耗为1.3 dB。在光纤耦合到传统锥形波导的情况下，损耗为1.4dB，其中3dB带宽延伸超出测量设备的范围，估计超过250 nm。
2020-01-21 physics.app-ph physics.optics
High-Q coupled resonances on a PhC waveguide using a tapered nanofiber with high coupling efficiency
本文实验证明通过锥形纳米光纤接触硅光子晶体波导可在任意位置形成高Q值光学腔，实现超高Q值、高耦合效率及波长精细调谐，并展示可用于慢光产生的全通滤波器型耦合谐振系统。
2015-05-14 physics.optics
Generation of ultra broadband coherent supercontinuum in tapered and dispersion managed silicon nanophotonic waveguides
研究了用于产生最佳超宽带超连续谱（SC）的锥形和色散管理（DM）硅纳米光子波导。DM波导是示出纵向依赖的群速度色散的结构，其由波导宽度随传播距离的变化引起。为了生成最优的SC，遗传算法已被用来找到最好的分散图。对于2 $μ$ m、200 fs和6.4 pJ输入脉冲，这允许分别对于锥形波导和DM波导在-20 dB水平下产生跨越从1300 nm到2860 nm的1.14倍频程和从1200 nm到2870 nm的1.25倍频程的高度相干超连续谱。这两种结构与通常考虑的最佳固定宽度波导的比较表明，SC在更精细的DM波导中更宽和更平坦，同时通过变化的色散确保高相干性。
2016-12-01 nlin.PS physics.optics
Chip-based f-2f interferometry in periodically tapered lithium niobate nanophotonic waveguides
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Peking University（北京大学）
本文提出一种周期性渐变铌酸锂波导，利用chi(2)和chi(3)非线性效应实现宽谱重叠的f-2f干涉测量，实现低脉冲能量下的载波-包络偏移频率检测。
2026-04-24 physics.optics
Multifunctional tapered fiber-based micro-waveguide for optical ultrasound microsensors
Department of Biomedical Engineering, College of Future Technology, Peking University（北京大学未来技术学院生物医学工程系）；National Biomedical Imaging Center, Peking University（北京大学国家生物医学成像中心）
本研究提出了一种基于渐细光纤基微波导的光学超声微传感器，通过传输光和主动激发超声实现尺寸减小。
2025-12-23 physics.app-ph physics.optics
Ultracompact Adiabatic Bi-sectional Tapered Coupler for the Si/III-V Heterogeneous Integration
提出一种用于SOI与Si/III-V混合波导绝热模式转换的超紧凑双段锥形耦合器，仅在III/V区成形，实现9.5 μm长度、超95%耦合比和约100 nm带宽。
2014-01-21 physics.optics
Monolithic integration of single photon sources via evanescent coupling of tapered InP nanowires to SiN waveguides
我们提出了一种利用倏逝波耦合在芯片上单片集成基于硅基量子点的单光子源的方法。通过确定性地将包含单个量子点的适当锥形III-V纳米线波导放置在基于硅的脊形波导的顶部上，量子点发射可以以接近100%的计算效率转移到脊形波导。由于倏逝波耦合是双向的，所以源可以在自由空间中和通过脊波导进行光泵浦。后一种配置提供了一种独立的、全光纤的单光子源，适合作为即插即用解决方案，用于需要明亮的、按需的单光子的应用。使用InAsP量子点嵌入在InP纳米线波导，我们证明了耦合效率的SiN脊波导的74%，单光子纯度为97%。
2018-12-08 physics.app-ph physics.optics
Narrow and broadband single-photon sources using customised-tapered waveguides
本文研究了三阶非线性波导中的自发参量四波混频过程。以前已经表明，这些设备可以准相位匹配的四波混频过程，并提高其转换效率的数量级。通过改变锥形轮廓曲线，我们发现这些设备可以使单光子源在按需频率下具有窄或宽带光谱宽度。使用我们的模型，我们也能够确定波导长度的单光子光谱纯度最大化。
2021-07-30 physics.optics quant-ph
Mode Coupling in a Tapered Slow Light Waveguide
同时具有负介电常数和负磁导率的超材料（也称为左手材料）为实现前所未有的物理特性和功能开辟了新的途径，这些特性和功能是天然材料无法实现的。已经预测，当芯层的厚度接近临界厚度时，超材料平板波导可以显著地减慢光（甚至到零速度）。在这里，我们表明，前向和后向模式之间的耦合变得显着的临界厚度附近，由于良好的匹配的波矢和模态剖面的两个模式。给出了这种耦合的物理解释和影响。
2010-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broadband and Ultra-Compact Adiabatic Coupler Based on Linearly Tapered Silicon Waveguides
本文提出一种基于线性锥形硅波导的宽带超紧凑绝热耦合器，实现了最小耦合变化和已知最短的1.44微米硅锥长度，解决了传统2x2耦合器波长敏感及替代方案体积大、复杂或损耗高的问题。
2025-05-03 physics.app-ph physics.optics
Broadband frequency conversion via adiabatically tapered $χ^{(2)}$ waveguide in photonic integrated circuits
我们提出在光子芯片上利用集成的氮化铝波导实现基于$χ^{(2)}$非线性效应的光频率转换。结果表明，在渐变波导中，频率转换具有更宽的带宽，并且在带宽内效率几乎不变，这对短脉冲是有利的。我们证明了分析和数值的“面积法”的频率转换，即带宽和效率的产品是保守的，只要峰值转换效率不饱和。绝热结构在泵浦功率或互作用长度方面表现出更高的饱和阈值，优于传统的均匀波导设计。利用我们的方法，可以在光子芯片上实现短脉冲的高效率和波前保持转换，这必将在可扩展的片上信息处理中找到应用。
2016-09-29 physics.optics quant-ph
Magnetic field free nonreciprocity in tapered atomic cladded nano waveguide
The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS)（斯图加特微电子研究所 (IMS CHIPS)）；Bar-Ilan University（巴伊兰大学）
利用纳米光子碱硅波导与热铷蒸气界面，通过速度选择光泵浦和锥形波导抑制渡越时间展宽，实现了无磁场的全集成光学非互易性。
2026-06-03 physics.optics
Efficient light coupling between an ultra-low loss lithium niobate waveguide and an adiabatically tapered single mode optical fiber
由于高折射率对比度提供的小弯曲半径，绝缘体脊形波导上的钛酸锂允许构造高密度光子集成电路。同时，光纤和单模锂酸盐波导之间的显著模场失配导致低耦合效率。在这里，我们证明，数值和实验，这个问题可以解决一个锥形单模光纤的优化模式场分布。数值模拟结果表明，TE模和TM模的最小耦合损耗分别为0.32 dB和0.86 dB。在实验上，虽然没有减反射涂层，测量的TE和TM模式的耦合损耗分别为1.32 dB和1.88 dB。我们的技术为广泛的片上锂酸盐应用铺平了道路。
2020-02-21 physics.app-ph physics.optics
Configurational Entropy of Optical Bright Similariton in Tapered Graded-Index Waveguide
解析熵（CE）是一组熵的信息度量，用来描述空间局部化函数关于一组参数的形状复杂性。本文用广义非线性薛定谔方程描述渐变折射率光波导，得到了渐变折射率光波导中相似波的微分折射率熵。结果表明，当相似子宽度在一定范围内时，当非线性波沿有效传播变量$ζ(t)$演化时，DCE达到最小饱和值。特别是，较低的宽度值，我们显示对应于全球最小值的DCE的饱和实现较早。这样的低熵值使得相似波沿渐变折射率波导传播时动量模色散最小，这对渐变折射率波导的设计具有重要的指导意义。
2020-11-12 hep-th nlin.PS physics.optics
Movable Fiber-Integrated Hybrid Plasmonic Waveguide on Metal Film
提出并分析了一种由金属薄膜上的锥形波导组成的波导结构，以支持高度局域化的混合等离子体模式。基于绝热转换原理的同轴锥形光纤可以有效地激发混合等离子体激元模，并将混合等离子体激元模收集在同一根光纤中，这在实验中非常方便。由于等离子体激元模的极小模面积，在这种可移动波导中，局部电磁场大大增强，这对于增强相干光发射体相互作用，如波导量子电动力学、单发射体光谱和非线性光学具有潜在的应用价值。
2011-04-21 physics.optics
Transient nuclear inversion by X-Ray Free Electron Laser in a tapered x-ray waveguid
通过限制电磁波的空间能量传输，电介质波导以持续强度在长距离上传输光。波导已被用于微波和光学范围内，以保持与激光有关的强信号强度，但引导强烈的短波长辐射（如X射线）已被证明更为麻烦。在这里，我们从理论上研究如何锥形X射线波导可以聚焦和引导辐射的X射线自由电子激光。使用具有高原子序数的包层材料（诸如铂）的椭圆波导可以保持X射线强度比自由空间中大多达三个数量级。这个特性可以用来显著增强X射线的共振相互作用，例如驱动核跃迁到瞬态核粒子数反转。这可能是核国家人口控制的第一个突破。我们的结果预示了锥形X射线波导在具有核跃迁的X射线量子光学中的重要作用。
2021-04-16 physics.optics quant-ph
Waveguide-loaded silica fibers for coupling to high-index micro-resonators
锥形石英光纤通常用于快速探测微谐振器的光学特性。然而，当耦合到高折射率微谐振器时，它们的低折射率排除了相位匹配，从而降低了效率。在这里，我们证明了有效的光耦合从锥形光纤高折射率微谐振器加载的光纤与辅助绝热波导耦合器通过成角蚀刻制造。我们证明了大大增强耦合到硅多模微谐振器相比，通过裸光纤耦合。在高功率下观察到谐振腔光学双稳态的特征。该方案可以应用于任何尺寸和材料的谐振器，增加了光纤耦合的功能范围。
2015-11-10 physics.optics
Design and optimization of tapered structure of near-field fiber probe based on FDTD simulation
采用时域有限差分法模拟了光在具有小金属孔径的锥形近场光纤探针中的传输。通过对锥形金属包层波导和连接光纤波导的大体积模拟，说明了这些导模之间的耦合以及孔径附近的电场分布。再现了双锥形探针的高收集效率，并归因于截止区的缩短和与光纤的导模的有效耦合。还研究了效率对锥形结构参数的依赖性。
2000-10-05 physics.ins-det physics.optics
Observation of the acceleration of light in a tapered optical fiber
弯曲时空中的量子场最吸引人的方面之一是安鲁效应。到目前为止，对Unruh温度的直接实验检测仍然是一个难以捉摸的挑战。利用梯度光波导控制光子的色散，实现了有效粒子的大加速，从而获得高的有效Unruh温度。然而，实验上实现这种光波导还没有报道。在这项工作中，我们利用锥形光纤来模拟有效粒子的加速运动，并获得一个有效的Unruh温度。当光在锥形光纤中传播时，受到外部高折射率介质的影响，将观察到类似于韧致辐射的泄漏现象，并且泄漏辐射的图案取决于光子的加速度。在实验过程中，通过控制锥形波导的形状，实现了不同的加速度对应于不同的Unruh温度。
2021-08-10 gr-qc physics.optics
Parallel-Plate Waveguides for Terahertz-Driven MeV Electron Bunch Compression
我们展示了波导的电磁性能飞秒电子束团的操纵和压缩与强场太赫兹（THz）脉冲。压缩器结构是一个无色散的指数锥形平行板波导（PPWG），可以沿一维聚焦单周期太赫兹脉冲。我们显示了锥形PPWG结构的测试结果，使用电光采样（EOS）在相互作用区域的峰值场至少为300 kV/cm给定0.9 uJ的入射太赫兹能量。我们还提出了一种改进的锥形PPWG的短接设计，以更好地操纵光束和减少磁场作为双馈方法的替代方案。作为一个例子，我们表明，与5 uJ的太赫兹能量，PPWG压缩2.5 MeV的电子聚束的压缩因子超过4，实现聚束长度约18 fs。
2019-05-07 physics.acc-ph physics.optics
Ultra-subwavelength focusing and giant magnetic-field enhancement in a low-loss one-way waveguide based on remanence
基于表面等离子体激元（SPP）的亚波长聚焦在锥形金属结构中得到了广泛的研究。然而，能量局部化的效率相对较弱，主要是由于高传播损耗和强背反射。在这里，我们提出了一个直锥形的三维（3D）的单向表面磁等离子体（SMP）波导与结束表面的$\sim 10^{-4}λ_0 \times 10^{-4}λ_0$，以实现能量集中在微波制度。由于SMP的低传播损耗，我们在这样的超亚波长区域实现了巨大的磁场增强，增强了五个数量级。而不是使用外部静态磁场，我们提出的SMP波导依赖于剩磁，这是非常方便的操作实际的3D应用。这些结果在磁场增强或猝灭荧光、二维材料的发光或非线性、新型扫描近场微波显微镜和能量存储等方面显示了广阔的应用前景。
2019-09-20 physics.optics physics.plasm-ph
Mid-infrared continuous wave parametric amplification in tapered chalcogenide microstructured fibers
由于光子混合本身并不局限于任何特定的光谱区域，因此参数化过程代表了在光谱窗口中进行全光信号处理的一种令人信服的解决方案，而其他技术不容易实现。特别是，连续波泵浦方案对于任何需要调制信号或精确光谱表征的应用都是必不可少的。高度非线性光纤使电信波段的波长转换和放大性能达到创纪录的水平，然而，还没有波导平台解决高非线性、低传播损耗和中红外色散之间的平衡。在这里，我们展示了中红外连续波参量放大的GeAsSe光纤。利用最先进的制造技术，一种新的锥形光子晶体光纤的几何形状，使4.5 dB的信号放大和2 dB的空闲转换效率的实验证明，仅使用125 mW的泵在2微米波长范围内。这一结果不仅是有史以来第一个连续波参量放大测量在2微米，在任何波导，但也建立GeAsSe PCF锥作为最有前途的全光纤，高效率的连续波参量转换器的先进应用在中红外。
2016-12-02 physics.optics
High-efficiency broadband fiber-to-chip coupler using a 3D nanoprinting microfiber
提出利用3D纳米打印高折射率微光纤连接锥形光纤与倒锥形SiN波导，仿真实现97%耦合效率和768 nm的1-dB带宽。
2023-03-23 physics.app-ph physics.optics
Truly trapped rainbow by utilizing nonreciprocal waveguides
“被困彩虹”的概念已经引起了人们对光学数据存储和处理的极大兴趣。其目的是在不同位置永久地捕获波包的不同频率分量。然而，所有先前提出的结构不能真正实现这种效果，由于在抑制由强模间耦合引起的反射和区分不同的频率分量同时存在困难。在这篇文章中，我们找到了一个物理机制，以实现一个真正的“陷获彩虹”存储的电磁波。我们利用锥形磁场下的非互易波导来实现这一点，即使在制造混乱的情况下，这种捕获效应也是稳定的。通过频域和时域模拟，我们还观察到了临界位置附近的热点和相对较长的俘获波持续时间。我们发现的物理机制具有各种潜在的应用，从波的捕获和存储到非线性增强。
2016-04-06 physics.optics
Dinosaur Photonic Crystal Cavity Interfaces for Color Center Coupling to Triangular Nanostructures
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik（费迪南德·布劳恩研究所，莱布尼茨高频技术研究所）
本研究提出波纹状三角形Dinosaur光子晶体腔作为孔洞型光子晶体腔的替代方案，开发准无损耗锥形腔-波导界面实现Bloch模与波导模绝热转换，优化后可降低损耗并精确调控光与物质相互作用，适用于量子信息中色心与飞行光子量子比特耦合。
2025-10-30 physics.optics quant-ph
Low-loss silicon core fibre platform for broadband nonlinear photonics in the mid-infrared
宽带中红外线光源对于跨越自由空间通信到光谱学的广泛应用是高度期望的。近年来，由于硅的低损耗（线性和非线性）和高稳定性，硅作为该区域的非线性光波长转换的平台引起了极大的兴趣。然而，该领域的大多数研究都利用了由绝缘体上硅平台制造的小芯波导，其遭受二氧化硅包层的高吸收损耗，限制了其产生超过3 $μ$ m的光的能力。在这里，我们设计并展示了一个紧凑的硅芯，二氧化硅包层波导平台，在整个硅透明窗口具有低损耗。波导由硅芯光纤制成，该硅芯光纤已被锥形化以设计模式特性，以确保芯中的有效非线性传播，同时中红外线与包层的相互作用最小。这些波导表现出光纤平台的许多优点，例如高耦合效率和功率处理能力，允许产生具有高亮度和跨越几乎两个倍频程（1.6 - 5.3 $μ$ m）的相干性的中红外超连续光谱。
2019-03-18 physics.optics
Directional nanophotonic atom--waveguide interface based on spin--orbit interaction of light
玻璃纤维形式的光波导是全球电信网络的骨干。在这样的光纤中，光通过在具有较高折射率的纤芯和较低折射率的包层之间的界面处发生的连续全内反射而被长距离地引导。虽然这种机制确保没有光从波导中逃逸，但它会在包层中产生倏逝场。虽然在标准光纤中保护该场不与环境相互作用，但是通常在空气或真空包层光纤中采用该场，以便使用例如，锥形光纤耦合器值得注意的是，后者所施加的强限制可以导致光的自旋和轨道角动量的显著耦合。利用这一效应，我们证明了受控的方向自发发射的光量子发射到一个亚波长直径的波导。在一个范例设置，包括铯原子位于附近的真空包覆的二氧化硅纳米粒子的影响进行了研究。我们实验观察到的不对称性高于10：1的发射率到对向传播的基本导模的双折射。此外，我们证明，这种不对称性可以定制的状态准备和适当的激发的量子发射器。我们希望我们的研究结果将有重要的影响，在纳米光子学和量子光学的研究和实现集成的光信号处理的经典以及在量子制度。
2014-06-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
