High-gain optical parametric amplification with a continuous-wave pump using a domain-engineered thin-film lithium niobate waveguide
针对薄膜铌酸锂片上信号放大难题，研制了x切畴工程薄膜铌酸锂波导的连续波泵浦光参量放大器，实现通信波段最高13.9 dB增益，可晶圆级制备，推动光子集成发展。
2025-07-31 physics.optics
Wavelength conversion and parametric amplification of optical pulses via quasi-phase-matched FWM in long-period Bragg silicon waveguides
我们提出了一个理论分析的支持下，全面的数值模拟的准相位匹配四波混频（FWM）的超短光脉冲中传播的弱宽度调制的硅光子纳米线光栅。我们的研究表明，通过适当地设计光波导，使相互作用的脉冲以相同的群速度共同传播，与均匀波导相比，可以容易地实现超过15 dB的转换效率提高。我们还分析了转换效率和四波混频增益与脉冲宽度、时间延迟、走离参数和光栅调制深度的关系。
2014-05-29 physics.optics
Near infrared light amplification in Gold diffused Silicon-on-Insulator waveguides
我们报道了可见光泵浦下金扩散绝缘体上硅波导的近红外光放大。在波长为1.55微米的光载波上测得大于30 dB/cm的增益
2016-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Amplification and attenuation of light in a waveguide modulated by a travelling wave
Aston Institute of Photonic Technologies, Aston University（阿斯顿光子技术研究所，阿斯顿大学）
本文研究了波导中由行波引起的光放大与衰减现象，通过分析四种调制情况，揭示了反斯托克斯共振是观察调制诱导光放大的最有利条件。
2026-02-01 physics.optics
Quantum well-based waveguide for semiconductor lasers
本文研究了在半导体激光器中利用有源量子阱制作波导的可能性。实验证明了这种波导的效率为InP结构与In 0.53Ga 0.47As量子阱。在此基础上实现了光泵激光器。
2012-11-19 physics.optics
Single-mode Dispersion-engineered Nonlinear Integrated Waveguides for Ultra-broadband Optical Amplification and Wavelength Conversion
针对集成波导色散工程导致多模及性能下降问题，提出结合波导横截面与弯曲截断高阶模式的方法，在氮化硅波导中实现单模与色散工程同步，获得约300 nm放大带宽及200 nm内100 Gbit/s无惩罚全光波长转换。
2024-09-24 physics.optics
Cascaded third harmonic generation in hybrid graphene-semiconductor waveguides
研究了石墨烯层和掺杂半导体平板构成的集成平面波导中混合表面等离子体激元的级联谐波产生。我们推导出一个综合模型的级联三次谐波产生通过相位匹配的非线性相互作用的基本，二次谐波和三次谐波等离子体激元模式支持的结构。我们表明，混合石墨烯半导体波导可以同时相位匹配这三个相互作用的谐波，增加了总的三次谐波输出的一个因素相比，非级联制度。
2015-07-06 physics.optics
All optical Amplification in Metallic Subwavelength Linear Waveguides
所提出的全光放大方案是基于光在两个耦合的亚波长金属平板波导中的传播特性，其中对于波导参数的特定选择，两个传播（对称）和非传播（反对称）本征模共存。对于这样的设置，入射光束实现用于形成作为所述本征模的叠加的定态的边界条件。分析和数值计算表明，在这个完全线性机制的放大率发散小信号值。
2013-09-09 cond-mat.other physics.optics
Unravelling the role of waveguide-plasmon strong coupling, avoided crossing and natural weak value amplification on the enhanced Faraday effect in hybrid magneto-plasmonic systems
磁等离子体激元混合系统中磁光效应的增强由于其构建非互易纳米光子器件的潜力而引起了最近的广泛关注。定量地了解增强的基本来源和贡献机制对于优化应用至关重要。在这里，我们解开的法拉第旋转和椭圆率的巨大增强的混合磁等离激元系统，即，波导磁等离激元晶体与横向电（TE）和横向磁（TM）偏振光激发的明显不同的物理起源。在TE偏振激发下，表面等离子体激元不被直接激发，由于Fano共振的谱域干涉而出现的法拉第效应的自然弱值放大是增强的主要原因。对于TM偏振激发，另一方面，波导-等离子体激元强耦合及其避免交叉的普遍表现起着有趣的作用，导致在避免交叉制度中的磁光效应的最大增强。
2022-12-21 physics.optics
Plasmonic finite-thickness metal-semiconductor-metal waveguide as ultra-compact modulator
提出了一种用于光电集成电路的半导体增益材料等离子体激元调制器。我们分析了有限厚度金属-半导体-金属（F-MSM）波导的特性，该波导可用作超紧凑和快速等离子体激元调制器。InP基半导体芯允许对信号传播进行电控制。通过泵浦纤芯，我们可以改变增益水平，从而改变整个系统的透射率。该器件的研究是使用平面二维情况下的解析方法以及有限宽度波导的数值模拟。我们分析了F-MSM波导的本征模、传输常数、限制因子、Purcell因子、吸收系数和消光比。我们表明，使用薄的金属层，而不是厚的，我们可以获得更高的消光比的设备。
2013-08-01 physics.optics
Coupled-waveguides for dispersion compensation in semiconductor lasers
通过半导体激光器的直接电泵浦产生光学频率梳在紧凑性、鲁棒性和可集成性方面是成熟的锁模激光源的有吸引力的替代方案。然而，体半导体材料的高色散会阻止频率梳的产生或导致不期望的脉冲延长。本文提出了一种用于半导体激光器腔内色散补偿的新型双波导结构。我们将这一概念应用于工作在第一大气窗口（λ $ \approx$ 4.6 μm）的中红外短波长量子级联激光器。结果，在该装置中实现了在全动态范围上的稳定梳状操作。与以前提出的方案不同，双波导方法可以应用于各种类型的半导体激光器和材料系统。特别是，它可以在近红外波长处实现有效的群速度色散补偿，其中半导体材料表现出该参数的大值。
2017-11-24 physics.optics
Physical origin of higher-order soliton fission in nanophotonic semiconductor waveguides
在克尔介质中产生超连续谱已成为非线性光学的一个重要研究方向。它因促进了对孤子传播的理解以及它在广泛领域中的许多应用而闻名。激光的相干光谱展宽现在通常在实验室中进行，并用于商业白光源。目前，该技术的前景正在推动不同集成平台的实验，如绝缘体上半导体波导。光谱展宽的核心是高阶孤子分裂的概念。虽然在石英光纤中被广泛接受，但半导体波导中孤子衰减的动力学仍然知之甚少。特别是，二氧化硅中不存在的非线性损耗和自由载流子的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这里，通过实验和模拟，我们表明，非线性损耗是占主导地位的扰动线波导，而自由载流子色散是占主导地位的光子晶体波导。
2018-05-14 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
Plasmonic modulator based on gain-assisted metal-semiconductor-metal waveguide
我们研究等离子体激元调制器与增益材料实现超紧凑和超快的有源纳米器件在光子集成电路。我们分析了金属-半导体-金属（MSM）波导与InGaAsP为基础的活性材料层作为超紧凑的等离子体激元调制器。通过改变芯的增益来实现调制，这导致通过波导的不同透射率。MSM波导能够实现高场定位并因此实现高调制速度。体半导体、量子阱和量子点以水平或垂直的方式排列，被认为是MSM波导的核心。研究了波导芯尺寸和各种活性材料的增益值的依赖关系。设计还考虑了实际方面，如n和p掺杂层和势垒，以获得接近现实的结果。数值计算了MSM波导中的有效传输常数。它们在切换过程中的变化被认为是一个品质因数。我们表明，MSM波导与电流控制的增益结合紧凑性和深度调制，以及一个合理的水平的透射率。
2012-05-14 physics.optics
On-chip amplification-free fCEO detection and broadband SCG in parabolically width-modulated TFLN waveguides
提出抛物线宽度调制 TFLN 波导，利用宽带超连续谱与 f-2f 自参考，首次实现无任何光/电放大的片上 fCEO 检测，并取得最高 SNR。
2025-08-30 physics.optics
A Semiconductor Under Insulator Technology in Indium Phosphide
这封信介绍了半导体下绝缘体（SUI）的InP技术，用于设计条形波导接口的InP光子晶体膜结构。在InP-SUI中的条形波导被支撑在原子层沉积的绝缘体层下，与在绝缘体上支撑的硅中的条形波导相反。当使用与局部光子晶体膜结构接合的InP-SUI条形波导时，与扩展的光子晶体波导膜相比，我们显示出光传输的实质性改善。此外，SUI还为平面膜III-V系统提供了SOI中使用的各种光纤耦合技术，例如亚微米耦合。
2012-10-03 physics.optics
Linear Amplification of Optical Signal in Coupled Photonic Crystal Waveguides
我们介绍了一种弱耦合光子晶体波导作为一个有前途的和现实的模型，用于全光放大。提出了一种由周期性分布在自由空间中的介质柱构成的对称柱型耦合光子晶体波导作为全光放大器。利用光子晶体的独特特性来控制和引导光，我们适当地选择了频率，在该频率下，只有一个模式（奇模）成为耦合光子晶体波导中的传播模式，而另一个模式（偶模）被引导结构完全反射。在此条件下，完全实现了全光放大。计算了连续信号和高斯脉冲的放大系数。
2015-03-15 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Intense optical parametric amplification in dispersion engineered nanophotonic lithium niobate waveguides
集成光子学中的强放大是计算、通信、传感和量子信息处理最期望的光学功能之一。半导体增益和立方非线性，如四波混频和受激拉曼和布里渊散射，已经成为芯片上研究最多的放大机制之一。或者，具有强二次非线性的材料平台在增益和带宽方面具有许多优势，其中纳米光子锂离子材料是最有前途的候选材料之一。在这里，我们将准相位匹配与色散工程相结合，在纳米光子晶体锂酸盐波导中实现了强烈的光参量放大。我们测量了一个宽带相敏片上放大大于45 dB/cm的2.5毫米长的波导。我们进一步确认高增益操作的退化和非退化制度，通过放大真空波动的宏观水平在6毫米长的波导，与片上增益超过100 dB/cm的600 nm的带宽约2 $μ$ m。我们的研究结果为片上少周期非线性光学、中红外光子学和量子光子学开启了新的可能性。
2022-03-15 physics.optics quant-ph
Semiconductor Ring Lasers Coupled by a Single Waveguide
对单总线波导双向耦合半导体环形激光器的特性进行了理论和实验研究。该配置具有，例如，被建议用作光学存储器和光学神经网络基元。主要结果是，耦合可以使两个环在同一方向上发出激光的状态不稳定，并且它使两个输出端具有相等功率的状态变得活跃。这两者对于光学存储器操作都是不期望的。虽然环之间的耦合是双向的，但由于类似于光学注入激光系统的行为而发生不稳定。
2013-02-13 physics.optics
Mode-Locked Chip Laser using Waveguide Arrays
我们从理论上证明了在具有波导阵列结构的半导体芯片上可以实现鲁棒的锁模。波导阵列被用作理想的饱和吸收机制，用于初始噪声启动以及脉冲整形和稳定。腔增益由注入电流和半导体材料的正向偏置提供。该技术可以直接与半导体架构和技术集成，从而实现片上宽带器件的潜力。
2014-05-07 physics.optics
Feasible Surface Plasmon Routing Based on The Self-assembled InGaAs/GaAs Semiconductor Quantum Dot Located between Two Silver Metallic Waveguides
提出了一种利用位于两个银金属波导之间的具有V型三能级结构的InGaAs/GaAs半导体量子点（SQD）实现纳米等离子体开关和量子路由的实验方案。我们通过实空间方法从理论上研究了单等离子体激元在这种多端口系统中的传输和转移速率，我们的结果表明，通过控制参数，如经典场的强度，失谐以及SQD和波导之间的相互作用，来自输入端口的单等离子体激元可以被切换和重定向。该方案不仅可用于量子路由器和量子交换机的设计，还可用于量子光子集成电路的设计。
2019-05-21 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
Impact of slow-light enhancement on optical propagation in active semiconductor photonic crystal waveguides
推导并验证了一组耦合布洛赫波方程，用于分析有源半导体光子晶体波导的反射和透射特性。在这样的器件中，慢光传播可以用于增强每单位长度的材料增益，例如，实现与光子集成兼容的短光放大器。耦合波分析相比，数值方法的基础上傅立叶模态法和频域有限元技术。材料增益的存在导致后向散射场的建立，这被解释为分布反馈效应或在无源-有源界面处的反射，这取决于所采取的方法。对于非常大的材料增益值，波导的能带结构被扰动，并从简单的耦合布洛赫波模型的偏差被发现。
2015-08-21 physics.optics
Prospects and merits of metal-clad semiconductor lasers from nearly UV to far IR
在半导体激光器中使用金属包覆（或等离子体激元）波导结构具有减小尺寸、阈值和功耗的前景。这一承诺是一个严格的理论测试，考虑到增加波导损耗，俄歇复合，和Purcell增强自发复合。结论是，对于从UV到中IR范围工作的所有带间和子带间激光器，金属波导的预期益处很小甚至不存在，远红外和太赫兹量子级联激光器是一个突出的例外。然而，对于这些设备，金属波导已经代表了最先进的技术水平，并且其中的引导机制与无处不在的传输线的共同点远远多于与等离子体激元的共同点。
2015-01-03 physics.optics
Exciton-polariton emission from organic semiconductor optical waveguides
我们用光激发掺杂J聚集染料分子的聚合物平板波导，并在室温下测量了强耦合波导激子极化激元模的漏发射。我们表明，波导激子极化激元的动量可以通过修改激子波导的厚度来控制。平板激子波导中非共振泵浦激子衰减为径向对称的横电和横磁强耦合激子波导模。这些泄漏到具有径向和方位角偏振的光锥。
2011-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design of a monolithic source of photon pairs comprising a semiconductor laser and a Bragg reflection waveguide
Ferdinand-Braun-Institut (FBH)（费迪南德·布劳恩研究所）；Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF)（弗劳恩霍夫应用固体物理研究所）
该研究提出了一种基于非线性AlGaAs布拉格反射波导和半导体激光器的单片光子对源，通过模式耦合实现II型自发参量下转换，实现了高效率的光子对生成。
2026-03-04 physics.optics
Fiber-coupled semiconductor waveguides as an efficient optical interface to a single quantum dipole
本文从理论上研究了单量子偶极子与光纤耦合半导体波导模式的相互作用。通过紧密的模式限制和相位匹配的倏逝波耦合的组合，我们预测，大约70%的偶极子的发射可以被收集到一个单模光纤。计算进一步表明，偶极子强烈修改通过系统的谐振光传输，超过一个数量级的变化可能为适当选择的光纤波导耦合器的几何形状。
2009-09-17 physics.optics quant-ph
Amplification and cross-Kerr nonlinearity in waveguide quantum electrodynamics
我们探讨了嵌入在波导中的三能级发射器（3LE）的放大和交叉克尔非线性，并由两个光束驱动。在最近的实验中，证明了相干放大和交叉克尔非线性，分别与V型和梯形3LE耦合到一个开放的超导传输线携带两个微波场。在这里，我们考虑$Λ$，V，和梯形3LE，并比较相干和非相干放大的效率，以及在所有三个发射器的交叉克尔相移的幅度。利用Heisenberg-Langevin方程组方法研究了初始处于相干态的探测光和驱动光的散射。我们特别计算的制度的探测和驱动功率时，3LE作为一个相干放大器最有效地，并推导出放大的探测光子的二阶相干。最后，我们应用Kramers-Kronig关系关联的振幅和相位响应的探测光束，这是用来寻找在这些系统中的相干放大和交叉克尔相移。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Simultaneous Matching of Phase and Amplitude for Spontaneous Parametric Down-conversion in Semiconductor Waveguides
提出对半导体波导非线性系数进行非均匀调制，实现相位与振幅同时匹配，使光子对生成效率最高提升13个数量级，并探索了通信波段可调谐的紧凑高效孪生光子源。
2025-09-18 physics.optics quant-ph
Phase sensitive parametric interactions in a $Ga_{0.5}In_{0.5}P$ photonic crystal waveguide
我们报道了一个1.5mm长的$Ga_{0.5}In_{0.5}P$色散工程光子晶体波导中的相敏放大，该波导具有平坦的色散分布。采用总峰值功率仅为0.5W的脉冲泵浦的信号简并结构，获得了10dB的相敏消光比。
2016-06-26 physics.optics
Nonlinear All Optical Digital Amplification of the Light Pulse in Weakly Coupled Photonic Crystal Waveguides
提出了利用弱耦合双非线性光子晶体波导实现光脉冲的全光放大。我们考虑柱型PCW，它由周期性分布的圆形棒制成的克尔型电介质材料。计算了对称模和反对称模的色散图。工作频率被适当地选择为位于模式的色散图的边缘。在线性情况下，在该频率下没有传播模式被激发，然而，在非线性介质的情况下，当注入信号的幅度超过某个阈值时，形成孤子，并且它们在耦合的非线性PCW内传播。详细研究了光脉冲在耦合非线性光子晶体波导中传输的近场分布和记录信号的输出功率。在发射信号的各种幅度下计算放大系数。结果生动地展示了弱耦合非线性光子晶体波导作为全光数字放大器的有效性。
2015-03-14 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
An all-dielectric bowtie waveguide with deep subwavelength mode confinement
为了满足未来光子集成电路的尺寸和功率要求，一种有效的方法是将光子器件封装。表面等离子体激元（SPP）是亚波长模式限制的最有前途的候选材料之一，然而，基于SPP的结构不可避免地受到高传输损耗的影响。在这里，我们报告了一个全介质蝴蝶结（ADB）波导由两个相同的硅楔嵌入在二氧化硅包层与纳米间隙。由于连续的狭缝和反狭缝效应，间隙表现为“电容式”能量存储，使得ADB波导具有与最近报道的混合等离子体激元波导相似甚至更小的模式面积。更重要的是，ADB波导支持准TM本征模，由于没有金属成分，因此基本上是无损的。这使得我们的ADB波导与等离子体波导相比在传输长度上有了本质的发展。ADB波导与半导体制造技术完全兼容，并且可以产生真正的纳米级基于半导体的光子学。
2017-06-30 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
Performance evaluation of on-chip wavelength conversion based on InP/In$_{1-x}$Ga$_x$As$_y$P$_{1-y}$ semiconductor waveguide platforms
我们提出并设计了高限制InP/In 1-xGaxAsyP 1-y半导体波导，并报道了基于该平台的有效波长转换结果。分析了实现高非线性系数的有效限制和不同波长下模场面积的起伏。数值结果表明，通过对InP/In 1-xGaxAsyP 1-y波导进行色散剪裁，可以满足近零相位失配的条件，在泵浦功率为100 mW时，实现了波长转换，最大转换效率为-26.3 dB，转换范围超过40 nm。同时，还讨论了掺杂参数y和泵浦波长对带宽和转换效率的影响，并进行了优化。指出InP/In 1-xGaxAsyP 1-y波导具有优良的光学性能，为在半导体平台上直接集成通信波段器件铺平了道路。
2020-04-12 physics.app-ph physics.optics
Second Harmonic Generation Enabled by Longitudinal Electric Field Components in Photonic Wire Waveguides
我们研究了III-V族半导体线波导中与晶轴对齐的I型二次谐波产生。在这个方向上，由于III-V族半导体的单个非零张量元素，仅允许通过与光场的纵向分量混合的频率转换。我们实验研究了传播方向对转换效率的影响，并通过激发反对称二次谐波高阶模确认了纵向分量所起的作用。
2020-05-08 physics.optics
Theory and experiments of coherent photon coupling in semiconductor nanowire waveguides with quantum dot molecules
本文介绍了半导体纳米线波导中耦合量子点的量子光学理论、数值计算和实验研究。我们首先提出了一个解析格林函数理论来计算两个耦合量子点的发射光谱，把它们看作是点偶极子，充分考虑了延迟效应，并通过非耦合量子点共振的显著分裂和修正的光谱展宽来证明相干和非相干耦合的特征。模型中使用的经典格林函数通过纳米线波导的麦克斯韦方程组的全3D解来验证和修正，特别是使用时域有限差分技术，示出了波导模式和近场倏逝模耦合是如何重要的。该理论利用了基于系综的量子描述和基于麦克斯韦理论的直观本征模展开。然后，我们演示了如何的molecularresonances（在耦合的存在下）采取的形式的明亮和黑暗（或准黑暗）reso-nances，并研究这些如何依赖于激发和检测条件。为了超越弱激发区，我们还引入了一个量子主方程方法来模拟来自增加的非相干泵浦场的非线性光谱，它显示了泵浦场对振子强度和分子共振加宽的作用，有和没有纯相位。接下来，我们展示了磷化铟纳米线中空间分离量子点分子（InAsP）的实验光致发光光谱，这些光谱显示出明显分裂的清晰特征，尽管它们也强调了偶极-偶极耦合模型中未考虑的其他机制。采用两种不同的方法来控制量子点分子的空间分离，我们讨论了各自的优点和缺点。
2019-04-18 physics.optics
Modally Resolved Fabry-Perot Experiment with Semiconductor Waveguides
半导体布拉格反射光波导利用不同空间模式之间的相互作用，为非线性光学提供了一个高性能的平台。因此，控制和工程的每一个空间模式的属性是必不可少的。尽管我们的波导的多模性，完善的法布里-珀罗技术记录条纹的光传输光谱可以成功地用于详细的线性光学特性时，结合傅立叶分析。模态灵敏度的先决条件是在宽频带上记录的精细分辨的透射谱。我们的研究结果突出了不同空间模式的特征，如它们的损耗特性和色散特性，可以彼此分离，从而进行比较。模式分辨测量对于通过调整其空间模式的性质来优化这种多模波导的性能是重要的。
2015-07-15 physics.optics quant-ph
On-chip single photon emission from an integrated semiconductor quantum dot into a photonic crystal waveguide
我们演示了嵌入到光子晶体波导中的InAs量子点的高偏振单光子的面内发射。通过将量子点耦合到波导的慢光模式，自发发射率被Purcell增强。光子相关测量证实了亚泊松统计的面内发射。在光脉冲激发下，单光子发射率高达19 MHz的导模，这对应于24%的设备效率。这些结果预示着光子量子线路中光源的单片集成。
2012-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exploiting the optical quadratic nonlinearity of zincblende semiconductors for guided-wave terahertz generation: a material comparison
详细分析和比较了CdTe、GaP、GaAs和InP介质波导在太赫兹波段的模式相位匹配光差频产生（DFG）。从DFG方程的形式出发，我们导出了一个非常一般的品质因数（FOM）的定义。反过来，这种FOM使我们能够比较不同的配置，考虑到线性和非线性的磁化率色散，太赫兹吸收，并严格评估波导模式的属性。最有效的波导发现与此过程中预测接近量子效率极限与输入光功率的顺序为kWs。
2009-06-19 physics.optics
Modal control in semiconductor optical waveguides with uniaxially patterned layers
单轴图案化的电介质层具有可外部控制的光学各向异性。研究了三层光波导的包层或芯层图案化对传播辐射偏振特性的影响。特别注意的情况下，当核心材料是一个半导体光增益。我们讨论了一些设备的基础上，将单轴图案化层的结构设计，如偏振不敏感放大器，偏振器，光控偏振开关，和光控模式耦合器。
2005-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Mode-Coupling-Driven Frequency Stabilization in Semiconductor Lasers with Bragg Grating Waveguide
本文提出一种利用布拉格光栅波导模式耦合效应稳定半导体激光频率的紧凑器件，通过粒子群优化实现高透射交叉，为高效片上激光稳频和高灵敏度传感平台奠定基础。
2024-06-10 physics.app-ph physics.optics
Ultrahigh free-electron Kerr nonlinearity in all-semiconductor waveguides for all-optical nonlinear modulation of mid-infrared light
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）；Center for Biomolecular Nanotechnologies（生物分子纳米技术中心）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Consiglio Nazionale delle Ricerche（国家研究委员会光子和纳米技术研究所）；Department of Physics, Sapienza University of Rome（罗马大学物理系）；Center for Life Nano- and Neuro-Science（生命纳米与神经科学中心）
本研究通过全半导体波导实现超高水平自由电子 Kerr 非线性，用于中红外光的高效非线性调制，为光子集成电路发展提供新途径。
2025-03-06 physics.optics quant-ph
Coupled Plasmonic-Waveguide Resonance Geometry for Enhanced Infrared Absorption in Semiconductor Solar Cells
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；NanoPhoton - Center for Nanonphotonics（纳米光子学中心）
本文提出一种基于耦合等离子体波导共振（CPWR）的新型方法，用于在宽角度和谱范围内增强半导体太阳能电池的吸收，适用于TE和TM极化状态，通过简单沉积技术实现，可将硅层厚度从130至180微米减少到数微米，有效利用红外部分太阳光谱。
2026-03-22 physics.optics
Modulational instability and solitons in excitonic semiconductor waveguides
本文从激子-极化激元理论出发，采用宏观场分析方法，研究了由半导体激子材料制成的单模微米波导中的非线性光传输。当光脉冲的光谱中心在基态的Wannier激子共振附近时，它与介质的相互作用是非线性的。这种光学立方非线性是由半导体中的排斥激子-激子相互作用引起的，并且在共振时，它比克尔非线性大几个数量级（例如，在二氧化硅中）。我们证明了一个非常强大的和非常规的调制不稳定性发生，这是以前没有报道过的。在将问题简化为一个单一的非线性薛定谔方程后，我们还探讨了孤波在极化激子间隙内外的形成，并找到了谱展宽的证据。提出了一种激子波导结构的物理模型。
2011-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photoluminescence measurements of quantum-dot-containing semiconductor microdisk resonators using optical fiber taper waveguides
采用光纤锥形波导提高了嵌入自组装InAs量子点的AlGaAs微盘谐振腔的室温光致发光测量效率。作为一种近场收集光学器件，与传统的垂直入射自由空间收集技术相比，光纤锥形将微盘激光器的收集效率提高了约15-100倍。此外，光纤锥形可以作为一种有效的手段，用于泵浦这些设备，并采用光纤泵浦和收集的初步测量。这项工作对基于芯片的腔量子电动力学实验的影响进行了讨论。
2005-06-11 physics.optics quant-ph
Amplifying Optical Signals with Discrete Solitons in Waveguide Arrays
我们提出了一种设计和协议，以实现一个光学晶体管的基本功能，即放大输入信号与波导阵列中的离散孤子的使用。研究了在控制孤子存在的情况下，无反射势对离散孤子的散射。结果表明，在全反射和全透射之间的急剧过渡区，反射或透射孤子的强度对控制孤子的强度高度敏感。这表明信号放大器的设置。从实际应用的角度出发，我们通过调节无反射势阱的参数来实现放大器的可控放大性能。为了便于实验实现，我们根据势阱的参数和控制孤子的输入功率计算了放大因子。所提出的信号放大器件将成为全光数据处理的重要组成部分。
2021-08-03 nlin.PS physics.optics
Frequency comb generation at 800nm in waveguide array quantum well diode lasers
本文提出了基于量子阱的半导体激光器的行波模型，以及波导阵列中非线性模耦合强度鉴别产生激光动力学的综合理论模型。利用最近开发的详细的半导体增益动态模型，波导阵列引起的非线性模式耦合的时间整形效果的特点。具体地，由波导提供的增强的非线性脉冲整形能够在GaAs器件中产生800 nm的稳定频率梳，对于使用单个波导的稳定梳线产生而言，这是不可行的参数状态。大量的数值模拟表明，稳定的波形生成可以实现和优化的线性波导耦合系数，量子阱深度，和输入电流的第一和第二波导的适当选择。该模型提供了一个紧凑的，高效的和强大的片上梳状源可以在GaAs中产生的第一个演示。
2019-06-25 physics.optics
Uncovering dispersion properties in semiconductor waveguides to study photon-pair generation
研究了脊形布拉格反射波导的色散特性，推导了其相位匹配特性。这些对于利用它们作为参数下转换（PDC）的源是至关重要的。为了估计相位匹配带宽，我们首先通过Fabry-Perot实验在两个远波长区域确定相互作用模式的群折射率。其次，通过测量发射的PDC光子的光谱，我们获得了它们的群折射率色散。我们的研究结果提供了一个简单的方法来确定PDC过程中的参数在谱域中，并提供了一个重要的反馈设计这样的源，特别是在宽带的情况下。
2016-09-26 physics.optics quant-ph
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
Directional optical parametric amplification in a hyperbolic metamaterial
本文利用与激子库强耦合的光子晶体波导实现不同导模间的定向OPA，可通过种子光入射角控制闲频传播方向，且对表面缺陷鲁棒、器件更易制备。
2025-02-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Avalanche amplification of a single exciton in a semiconductor nanowire
连接单光子和电子是远程固态量子比特之间共享量子信息的关键因素。半导体纳米线提供了将光量子点与雪崩光电二极管相结合的独特可能性，从而能够将入射的单光子转换为宏观电流，以进行有效的电检测。目前，需要数百万个激发事件来执行激子量子位状态的电读出。在这里，我们演示了载流子的倍增，从一个量子点中产生的单个激子隧穿到纳米线雪崩光电二极管。由于电子和空穴的放大率都很大（> 10 ^4），我们将电学检测量子点中产生的单个激子所需的激发事件数量减少了四个数量级。这项工作代表了一个重要的一步，单次电读出，并提供了一个新的功能，片上量子信息电路。
2012-04-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transport Properties of a Single Plasmon Interacting with a Hybrid Exciton of a Metal Nanoparticle-Semiconductor Quantum Dot System Coupled to Plasmonic Waveguide
采用实空间方法研究了一维表面等离子体波导耦合的半导体量子点和金属纳米粒子混合系统与单个等离子体相互作用过程中的输运性质.我们认为MNP与SQD相互作用导致了混合激子的形成，通过调节施加在MNP与SQD混合纳米体系上的经典控制场的频率、金属纳米颗粒的种类以及背景介质，可以控制单次入射等离子体激元的透射和反射.单等离子体激元与这种混合纳米系统相互作用的输运性质可以在下一代量子器件如单光子开关和纳米镜的设计以及量子信息处理中找到应用。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Experimental demonstration of directive Si3N4 optical leaky wave antenna with semiconductor perturbations at near infrared frequencies
方向图可调的定向光漏波天线是一种很有前途的集成光调制和扫描器件。使用CMOS兼容的半导体平面波导技术制造的OLWA具有提供高方向性以及用于调制和切换能力的电可调谐性的潜力。我们实验证明了从氮化硅（$Si_3N_4$）波导为基础的OLWA的定向辐射。OLWA设计包括50个埋在波导内的晶体Si扰动，周期为1 μm，每个长度为260 nm，高度为150 nm，导致电信波长的定向辐射图案。在1540 nm波长处测得的远场辐射方向图具有很强的方向性，在与波导轴成84.4°角处强度最大，半功率束宽约为6.2°，这与我们的理论预测一致。半导体微扰的使用有助于电子辐射控制，这是由于微扰中的载流子密度变化引起的折射率变化。为了评估电调制能力，我们研究了Si微扰中的载流子注入和耗尽，并研究了锗中的Franz-Keldysh效应。理论分析表明，在耗尽模式下，当折射率变化为$3\times10^{-4}$时，硅线调制器的-3 dB调制带宽为75 GHz;在注入模式下，当折射率变化为$1.5\times10^{-2}$时，硅线调制器的-3 dB调制带宽为350 MHz。Franz-Keldysh效应有可能在电信波长的辐射控制中产生非常快的调制。
2015-02-20 physics.optics
Second Harmonic Generation in Deeply Sub-Wavelength Waveguides
本文从理论上研究了亚波长半导体波导和介质波导中的二次谐波。我们讨论了一种新的指导机制，其特征在于抑制衍射和抑制的截止极限的背景下的光捕获现象，在一般的相位和群速度之间的基本和产生的谐波不匹配的条件下设置。
2012-05-18 physics.optics
