Two-dimensional porous silicon photonic crystal light emitters
我们设计、制作了纳米多孔硅二维光子晶体腔，并进行了初步实验。由于Purcell效应和由腔限定的定向辐射图案，预期在谐振波长处的光致发光提取效率的增强。由于其小的模体积和适度的品质因数，这种腔还应当增强多孔Si所表现出的非线性，超过在一维分布式布拉格反射腔中观察到的非线性。这种设计很好地将其自身与传统的基于硅的电子器件集成在单个芯片上。
2005-09-21 physics.optics
Inverse-Designed High-Q and Small-Mode-Volume Silicon Nitride Photonic Crystal Cavities for Second- and Third-Harmonic Generation
NTT Nanophotonics Center, NTT, Inc.（NTT公司纳米光子学中心）；Basic Research Laboratories, NTT, Inc.（NTT公司基础研究实验室）；International Center for Elementary Particle Physics, University of Tokyo（东京大学国际基本粒子物理中心）；Device Technology Laboratories, NTT, Inc.（NTT公司器件技术实验室）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
该研究通过逆设计优化二维氮化硅光子晶体腔，实现近化学计量比二维氮化硅光子晶体腔最高约80000的品质因数，从同一腔观测到二次与三次谐波产生，确立其为非线性光子学及异质集成光子器件的有前景平台。
2026-10-28 physics.optics
Free-carrier driven spatio-temporal dynamics in amplifying silicon waveguides
本文从理论上研究了放大介质中硅波导中自由载流子诱导的连续波时空动力学。光的传播是由一个立方金-朗道方程耦合的常微分方程占自由载流子动力学。我们发现，由于自由载流子色散，连续波调制不稳定的异常和正常的色散制度和混沌产生不稳定的加速脉冲。
2014-01-20 physics.optics
Silicon photonic crystal cavities at near band-edge wavelengths
我们展示了光子晶体L3腔的谐振波长约为1.078 \textmu m的非掺杂绝缘体上的硅，旨在提高自发发射从磷施主束缚激子。\enspace我们已经优化了制造配方，使用容易获得的工艺材料，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为软电子束掩模和化学气相沉积（CVD）生长的氧化物层作为硬掩模。我们的双层抗蚀剂技术有效地产生了光子晶体腔，其品质因数（$Q$）为$\sim 5,000$，波长为$1.078$ \textmu m，在室温下使用腔反射测量法测量。我们观察到随着腔共振向较短波长移动（在波长$< 1.070$ \textmu m处的$Q \lesssim3,000$），$Q$减小，这主要是由于硅的本征吸收。
2018-09-28 physics.app-ph physics.optics
Six-wave mixing induced by free-carrier plasma in silicon nanowire waveguides
介观硅结构中的非线性波混频是一种具有广泛影响和应用的基本非线性过程。特别是硅纳米线波导，具有很大的三阶克尔非线性，使突出和丰富的四波混频动力学和功能。除了克尔效应之外，在硅波导中，双光子吸收产生高的自由载流子密度，并以自由载流子色散和自由载流子吸收的形式产生相应的五阶非线性。然而，这些五阶自由载流子非线性效应是否会导致六波混频动力学仍然是一个悬而未决的问题，直到现在。在这里，我们报告的演示自由载流子诱导的六波混频在硅纳米线。独特的功能，包括六波混频效率和它的较高的灵敏度的逆失谐依赖性，最初观察和验证的分析预测和数值模拟。此外，观察到不同的激光失谐的非对称边带产生，导致自由载流子六波混频和克尔四波混频动力学之间的相敏相互作用。这些发现为研究纳米尺度平台上的非线性多波相互作用提供了新的途径。
2016-09-22 physics.optics
Deterministic control of all-optical analogue to electromagnetically induced transparency in coherently-coupled silicon photonic crystal cavities
原子系统中的量子相干性已经导致了许多令人着迷的结果，如激光冷却和囚禁、玻色-爱因斯坦凝聚体和电磁诱导透明（EIT）。在EIT中，介质吸收的急剧抵消导致了诸如无反转激光、冻结光和固态系统中光的动态存储等现象。类似于原子系统，类EIT效应可以通过经典和光学手段观察到。本文首次报道了相干耦合驻波光子晶体腔中全光模拟EIT的确定性调谐实验。我们的观察包括三倍以上的单加载腔，Fano型线型，相干腔干涉的逐步控制的相干共振寿命。我们的系统，与波长尺度的本地化和耦合到一个单一的波导，以及通过耦合模式的形式主义，检查延迟的透明度和Fano的线形分析。我们的观察支持应用程序对全光捕获，停止和时间反转的光在固态可扩展的实现。
2008-04-17 physics.optics
Photonic Crystal Cavities in Cubic (3C) Polytype Silicon Carbide Films
我们提出了高品质因数和小模体积平面光子晶体腔的设计，制造和表征的立方（3C）薄膜（厚度~ 200 nm）的碳化硅（SiC）外延生长在硅衬底上。我们展示了整个电信频段的腔谐振，波长为1，250 - 1，600 nm。最后，我们讨论了在非线性光学，光学互连，和量子信息科学的可能应用。
2013-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear carrier dynamics in silicon nano-waveguides
通过时间分辨泵浦探测实验分析了条形硅纳米波导中载流子复合的动力学过程，揭示了在${10^{14}}$ ~ ${10^{17}}\,$ cm $^{-3}$范围内载流子复合的复杂动力学过程.我们的研究结果表明，载流子的寿命随着复合的发展而变化，在初始阶段具有更快的衰减速率（寿命为${\sim 800}\,$ ps），而在后期阶段的寿命要慢得多（高达${\sim 300}\,$ ns）。我们还观察到实验捕获的效果，表现为衰减曲线高度依赖于初始载流子密度。我们进一步证明，在高载流子密度下工作可以导致更快的复合速率。最后，我们提出了一个理论讨论的基础上陷阱辅助复合统计应用于纳米波导。我们的研究结果可以影响几种非线性纳米光子器件的动力学，其中自由载流子起着关键作用，并打开进一步的机会，以提高基于载流子复合工程的全光学硅基器件的性能。
2017-07-24 physics.optics
Characterizing the effects of free carriers in fully-etched, dielectric-clad silicon waveguides
我们从理论上描述了自由载流子等离子体色散效应在完全蚀刻的硅波导，与各种电介质材料包层，由于固定和界面电荷在硅-电介质界面。用于这些电荷的值从沉积在硅衬底上的SiO2、SiNx和Al 2 O3薄膜的测量电容-电压（C-V）特性获得。然后使用半导体物理工具Silvaco结合时域有限差分（FDTD）方法求解器Lumerical计算电荷对硅波导特性的影响。我们的研究结果表明，除了作为电容驱动硅调制器等有源器件的分析中的一个关键因素，这种效果也应该考虑到无源硅波导的传播损耗时。
2015-04-13 physics.optics
Stimulated and spontaneous four-wave mixing in silicon-on-insulator coupled photonic wire nano-cavities
本文报道了在硅绝缘体平台上的耦合光子晶体纳米腔中的四波混频。三个光子线腔侧耦合，以获得三个模式的能量相等分离。该结构被设计为自过滤，我们表明，泵被拒绝了近两个数量级。我们研究了受激和自发的四波混频过程：由于小的模态体积，我们发现，信号和空闲光子产生的效率增加了一百倍相比，硅微环谐振器。
2013-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Impact of Free Carriers on Modulational Instability in Silicon-on-insulator Nanowaveguides
本文数值研究了具有正常和反常二阶色散的绝缘体上硅（SOI）波导中自由载流子诱导损耗和色散对低输入功率下调制不稳定性增益的影响。我们已经表明，即使在低输入功率下，自由载流子也会影响增益谱。本文首次报道了在不考虑高阶色散参数的情况下，普通SOI波导的增益，这是由于自由载流子诱导色散和非线性的相互作用。由于这种相互作用，反常SOI波导中的MI增益甚至在几毫瓦的输入功率范围内消失。我们已经证明，在反常的半导体波导中，可以通过减少自由载流子寿命来获得增益。
2016-06-27 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
Hybrid Integration of GaP Photonic Crystal Cavities with Silicon-Vacancy Centers in Diamond by Stamp-Transfer
本文提出利用印章转移技术将磷化镓光子晶体腔与金刚石中硅空位中心集成，避免了金刚石刻蚀，实现了高达8900的腔品质因子和单缺陷共振激发，为量子网络提供了强光子-缺陷相互作用平台。
2022-12-13 physics.optics quant-ph
Nonlinear silicon photonics analyzed with the moment method
本文应用矩量法研究了双光子吸收、自由载流子色散和自由载流子吸收情况下的非线性脉冲在硅波导中的传输。得到了脉冲能量、时间位置、脉宽、频移和啁啾的演化方程。我们推导出自由载流子引起的蓝移和加速的解析表达式，并表明它们只依赖于脉冲峰值功率。重要的是，这些影响是独立的时间持续时间。然后数值求解矩方程，以提供快速估计的硅光子波导中的脉冲演化趋势。我们发现，群速度和自由载流子色散主导的脉冲动力学在光子晶体波导。相比之下，双光子和自由载流子吸收占主导地位的硅纳米线的时间动态。据我们所知，这是第一次使用矩量法来提供硅光子学中的多光子和自由载流子效应的简明图像。处理和结论适用于任何半导体波导占主导地位的双光子吸收。
2014-10-02 physics.optics
Capacitively-Induced Free-Carrier Effects in Nanoscale Silicon Waveguides for Electro-Optic Modulation
我们在绝缘体上硅（SOI）晶片上制作硅波导，覆盖有二氧化硅，氮化硅或氧化铝，并通过测量环形谐振器的电光行为，我们表征了这些波导中的每一个的包层依赖性和电容诱导的自由载流子效应。通过比较我们的测量数据与模拟结果，我们确认，所观察到的电压依赖性的透射光谱是由于在半导体波导内的空穴和电子的浓度的变化，我们第一次显示如何强烈地依赖于这些影响的包层材料与硅波导接触。另外，发现波导损耗对所施加的电压具有特别高的灵敏度，并且因此可以在需要低损耗或高损耗传播的广泛应用中找到用途。总的来说，这些现象可能会被纳入更复杂的波导设计在未来创造高效率的电光调制器。
2015-08-22 physics.optics
Fabrication and characterization of high quality factor silicon nitride nanobeam cavities
Si 3 N4由于其宽的带隙和适度大的折射率（n $\approx$ 2.0）而成为在可见波长下应用纳米光子学的优良材料。我们在腔QED系统中制作了Si 3 N4光子晶体纳米束腔，并对其进行了表征。纳米束腔的共焦显微光致发光分析表明，品质因数高达Q ~ 55，000，这是有限的，我们的光谱仪的分辨率。我们还展示了粗调谐腔谐振在600- 700纳米范围内的光刻缩放制造设备的大小。在这个重要的波长范围内，这比以前的SiNx腔有一个数量级的改进。
2010-10-29 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Fabrication of Triangular Nanobeam Waveguide Networks in Bulk diamond Using Single-Crystal Silicon Hard Masks
提出了一种利用体样品的三角形刻蚀在单晶金刚石中实现集成光子网络的可扩展方法。我们描述了具有低模体积（Vm=1.062x（λ/n）^3）的高品质因数（Q= 2.51 × 10^6）光子晶体腔的设计，这些腔通过由悬挂结构支撑的波导连接，预计传输损耗仅为0.05 dB。我们证明了这些结构的制造，使用转移单晶硅硬掩模和角干法蚀刻，产生光子晶体腔在可见光谱与测量的品质因数超过Q= 3 × 103。
2014-11-13 physics.optics
On the modeling of thermal and free carrier nonlinearities in Silicon On Insulator microring resonators
集成硅谐振器的时间动力学已被建模使用一组耦合的内能，温度和自由载流子人口的方程。由于其简单性，牛顿冷却定律是描述此类系统热演化的传统选择。在这项工作中，我们从理论上和实验上证明，这可能是不充分的单片平面器件，导致不准确的预测。一个新的方程，我们训练，以重现正确的温度行为，被引入到修复与实验结果的差异。我们讨论的局限性和我们的改进模型的有效性范围，确定那些情况下，Netwon的法律提供，然而，准确的解决方案。我们的建模描述了热和自由载流子不稳定性的现象，是一个有价值的工具，光子系统的工程依赖于谐振器的动态状态，如所有的光学尖峰神经网络或水库的神经形态计算。
2020-12-10 physics.optics
Quantum Noise of Free-Carrier Dispersion in Semiconductor Optical Cavities
本文导出了非线性效应主要由自由载流子色散引起的光学腔的朗之万方程。我们定义了一个广义维格纳函数，计算一个福克-普朗克方程，近似的主方程，并将其转换为一个系统的随机微分方程。这些方程类似于光学克尔腔的维格纳方程，但是由于非相干载流子的激发和衰减过程而具有额外的噪声项。我们使用这些方程来模拟相敏放大器和锁存器，并将结果与克尔模型进行比较。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Full Silicon Pillar-based 1D Optomechanical cavities
针对垂直纳米柱运动信号转换难、光子晶体垂直光限制效率低的问题，提出基于顶部粗底部细硅纳米柱的全硅一维光子晶体腔，实验验证Q因子超1000，兼具优异机械性能与可扩展性，为力传感和生物传感提供新平台。
2024-05-28 physics.app-ph physics.optics
Linear and nonlinear capacitive coupling of electro-opto-mechanical photonic crystal cavities
我们制作并表征了一个微尺度硅电光机械系统，其机械运动通过辐射压力耦合到电路和光学光子晶体腔。为了实现大的机电相互作用强度，我们实现了一个逆荫罩制造方案，获得电容器的间隙小至30纳米，同时保持硅表面质量所需的光损耗最小化。使用灵敏的光学读出的光子晶体腔，我们表征的线性和非线性电容耦合到基本的63 MHz的平面内弯曲运动的结构，显示在这样的设备中的大机电耦合可能是适合于实现有效的微波到光信号转换。
2014-07-10 physics.optics
Synchronization of silicon thermal-free-carrier oscillators
本文研究硅热自由载流子振荡器对外部激励的高度顺应性，证明其可用弱种子光同步至第16次谐波，并实现两个振荡器之间的稳健同步，为可扩展光子振荡器阵列的集体行为研究提供基础。
2023-05-02 physics.optics
Tuning of Silicon Nitride Micro Cavities by Controlled Nanolayer Deposition
将单光子发射器与共振光子结构集成是实现量子通信、计算和传感的紧凑高效单光子源的一种有前途的方法。SPE和光子腔之间的有效相互作用要求腔的谐振与SPE发射线匹配。在这里，我们展示了一种新的方法，用于调整氮化硅（Si3N4）微腔通过控制沉积的包覆层。在数值模拟的指导下，我们沉积二氧化硅（SiO2）纳米层Si3N4脊结构上的步骤为50 nm。我们显示在一个自由的光谱范围（FSR）的腔谐振的调谐没有退化的腔的质量因子（Q因子）。然后，我们补充这种方法与局部激光加热微调的腔。最后，我们验证了包层沉积不会改变放置在腔体上的纳米颗粒的位置，这表明我们的方法可以用于集成SPE与光子结构。
2021-09-27 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Deterministic positioning of colloidal quantum dots on silicon nitride nanobeam cavities
设计一个精确定位的腔耦合有源介质阵列是混合集成光子学领域的一个重大实验挑战。我们确定性的位置解决方案处理胶体量子点（QD）的高品质因数氮化硅纳米梁腔，并证明光物质耦合。通过在包覆在聚合物抗蚀剂中的封装腔的顶部上光刻地限定窗口，并且旋涂QD溶液，我们可以精确地控制QD的放置，其随后耦合到腔。我们发现，耦合到腔的量子点的数量可以控制的窗口的大小。此外，我们证明在这个量子点腔平台的Purcell增强和饱和光致发光。最后，我们确定性地将量子点放置在光子分子上，并观察到量子点耦合腔的超模。我们的研究结果铺平了道路，通过工程的窗口大小和量子点尺寸控制耦合到一个腔的量子点的数量，并将允许在腔增强单光子发射，超低功率非线性光学，量子多体模拟与相互作用的光子的先进研究。
2018-07-08 physics.optics quant-ph
Generalized Mathematical Formalism Governing Free-carrier Driven Kerr Frequency Comb in Optical Micro-cavities
利用连续波泵浦的光学微谐振器的克尔非线性特性产生频率梳已经得到了广泛的应用。大多数用于构建光子平台的非线性材料都表现出非线性损耗，例如多光子吸收、自由载流子吸收（FCA）和自由载流子色散（FCD），这些损耗会强烈影响由这些材料制成的器件的非线性特性。在这项工作中，我们模型的克尔FC的基础上修改的Lugiato-Lefever方程（LLE）随着速率方程和开发的分析配方，使快速估计的稳态，调制不稳定性（MI）增益，带宽和动态的克尔频率梳（FC）在非线性损耗的存在。我们的分析模型是有效的，在一个广泛的波长范围内的利益，因为它包括所有非线性损耗的影响。详细讨论了描述修正LLE稳态齐次解的腔内功率的高阶（>3）特征多项式。我们推导出了产生光纤耦合的必要条件--光双稳所需的归一化泵浦失谐阈值的一般解析表达式。通过共振峰的反向克尔倾斜，观察到自由载流子色散导致的非线性腔失谐。我们进一步推导出了当所有非线性损耗都存在时，引发MI的阈值泵浦强度和可能的腔失谐范围的表达式。为了证实我们的分析结果，通过分步傅里叶方法数值求解了LLE和速率方程。我们的理论研究可以解释几个实验结果，这是以前报道，从而能够提供一个更好的理解梳动力学。
2018-02-01 physics.optics
Demonstration of high-Q TE-TM photonic crystal nanobeam cavities
我们实验证明了高品质因数的双偏振TE-TM光子晶体纳米梁腔。在500 nm厚的硅层中制造独立的纳米梁，并使用锥形光纤和自由空间共振散射装置进行探测。我们测量了TM和TE模式的Q因子大于10^4，并在TM模式谐振处观察到大的光纤传输压降（0.3 - 0.4）。
2010-11-11 physics.optics
Pulse Evolution and Phase Sensitive Amplification in Silicon Waveguides
本文首次给出了在双光子吸收（TPA）和自由载流子作用下硅波导中高非线性脉冲传输和相敏放大的解析解。我们的分析结果清楚地解释了为什么以及如何TPA和自由载流子影响信号增益。数值模拟和实验结果证实了这些观察。
2014-07-19 physics.optics
Monolithically Integrated C-Band Quantum Emitters on Foundry Silicon Photonics
本文在可扩展硅光子代工平台上制造高品质因数纳米梁腔，并通过掺铒TiO2薄膜接口单个铒离子，实现约500倍Purcell增强，为可制造的C波段确定性单光子源提供路径。
2025-07-28 physics.optics quant-ph
Ultrafast optical nanoscopy of carrier dynamics in silicon nanowires
本文提出可见-近红外泵浦-探测光学纳米显微方法，结合点偶极子模型，实现单根硅纳米线尺寸相关载流子寿命分辨及优于50 nm分辨率的局部衰减时间成像。
2022-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Radio frequency regenerative oscillations in monolithic high-Q/V heterostructured photonic crystal cavities
报道了在高品质因数与模体积比（Q/V）的单晶硅异质结构光子晶体腔中再生振荡的时域和频域观测结果。用非线性耦合模理论（CMT）跟踪光子、自由载流子布居和温度变化的动力学来解释这些结果。我们实验证明了有效的调谐的射频（RF）音调的激光腔失谐和激光功率电平，确认CMT模拟与敏感的输入参数。
2014-05-29 physics.optics
Mitigation of carrier induced optical bistability in silicon ring resonators
本文详细研究了电学和光学产生的自由载流子对硅微晶体调制器光谱特性的影响。由于热和自由载流子产生的光谱失真，并提出缓解机制。我们观察到，双光子诱导的非线性可以通过在适当的偏置点操作调制器来解决。此外，通过施加小信号驱动，可以恢复频谱失真。研究了光功率和驱动信号限幅对光谱特性的影响。该研究允许人们确定合适的器件性能和操作条件，以利用硅环调制器进行光信号处理。
2019-11-13 physics.app-ph physics.optics
Frequency stability of cryogenic silicon cavities with semiconductor crystalline coatings
采用低温参考腔的现有技术的光学振荡器在性能上受到与反射镜涂层的机械耗散相关联的布朗热噪声的限制。最近，结晶Al $_{1-x}$ Ga $_{x}$ As/GaAs涂层已成为改善涂层热噪声的有希望的候选者。我们测量了两个全结晶的低温参考腔的频率噪声，该参考腔具有Al $_{0.92}$ Ga $_{0.08}$ As/GaAs光学涂层。我们报告先前未测量的双折射噪声与反相关的频率波动之间的偏振模式的结晶涂层，并确定变量，影响其大小。比较两个低温参考腔之间的双折射噪声揭示了一组现象学的缩放与腔内功率和模式面积。我们实现了一个询问方案，消除了这两个偏振模式的同时探测噪声。这种消除后剩余的残余噪声大于两个腔的热噪声限制，但仍低于先前测量的等效谐振器与介电涂层的不稳定性。虽然这些新的噪声机制的来源还不清楚，我们证明，晶体涂层可以提供稳定性和灵敏度的谐振器采用介电涂层的竞争力。
2022-10-26 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Purcell enhancement of silicon W centers in circular Bragg grating cavities
本研究针对硅基量子光子芯片的单光子生成需求，在圆形布拉格光栅腔中实现硅W色心的Purcell增强，实验观测到零声子线强度20倍提升与弛豫时间减半，为硅基按需单光子源开发提供了可行路径。
2023-10-27 physics.optics quant-ph
Enhancement and speed-up of carrier dynamics in a dielectric nanocavity with deep sub-wavelength confinement
本研究实验探究了尺寸低至12nm的拓扑优化硅基蝴蝶结纳米腔的超快动力学，证实其深亚波长光局域可增强双光子吸收载流子产生速率、缩短载流子恢复时间并提升消光比，为新型低功耗超快光学器件奠定基础。
2024-12-11 physics.optics
High frequency electro-optic measurement of strained silicon racetrack resonators
应变硅波导中电光效应的观察被认为是材料中诱导的$χ^{(2)}$非线性的直接表现。在这项工作中，我们进行应变硅跑道谐振器的高频测量。通过波导的机械变形来控制应变。结果表明，任何光调制消失时，所施加的应变，所施加的电压变化快得多的载流子的有效寿命时，所施加的应变独立，并且DC调制也在很大程度上是独立的。这表明，等离子体载流子的色散是负责观察到的电光效应。在标准化自由载流子效应后，我们的结果设置了一个上限的$8\,pm/V$的诱导高速$χ^{(2)}_{eff,zzz}$张量元素在施加的应力$-0.5\,GPa$。这个上限是约一个数量级低于先前报道的静态电光测量值。
2015-09-17 physics.optics
Femtosecond Laser Induced Metallization in Silicon via Photon Momentum Mediated Band Transition
North South University（北南大学）
本研究基于纳米级光子动量限域机制，结合飞秒脉冲注入超莫特密度热载流子，实现硅的可逆半导体-金属转变，为 CMOS 平台集成新型光电器件提供了可能。
2026-09-21 physics.optics
Highly effective relativistic free carrier plasma mirror confined within a silicon slow light photonic crystal waveguide
相对论运动等离子体镜的反射是一种众所周知的频率转换方法，可以替代非线性技术。等离子体反射镜的一个关键问题是需要10^21 cm^-3量级的高载流子浓度，以获得可观的反射率。为了产生如此高的载流子浓度，需要具有大于10^15 W/cm ^2量级的极端功率密度的短激光脉冲。在这里，我们介绍了一种新的波导为基础的方法产生相对论移动等离子体镜，需要更低的泵浦功率和更少的载流子浓度。具体来说，我们实现了一个实验演示的反射率为35%的载流子浓度为5*10^17/cm^3所产生的功率密度只有1.2*10^9 W/cm^2。等离子体镜和信号都被限制在固态硅慢光光子晶体波导内并在其中传播。这种特殊的效应只有在色散工程慢光波导中利用间接的带内光跃迁才成为可能，在色散工程慢光波导中，入射光不能耦合到移动波前之外的其他状态，必须从它反射。移动自由载流子（FC）等离子体镜由6ps长的泵浦脉冲的双光子吸收产生，峰值功率为6.2W。在400 μ m长的慢光波导中，连续波（CW）探测波与相对论FC等离子体镜的相互作用证明了这种反射。在与FC等离子体镜相互作用时，最初传播速度比等离子体镜慢的探针波包被反弹和加速，最终从前方向前逃逸。探头波包的前向反射伴随着频率上移。估计的反射效率的CW探头与泵浦脉冲相互作用的部分。
2017-05-13 physics.optics
Electrically Reconfigurable Silicon Carbide Nanophotonic Cavities on Thin-Film Lithium Niobate
The 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）
本研究构建了混合纳米光子平台，通过键合SiC纳米腔阵列到LNOI实现电调谐，以补偿腔无序与自旋非均匀性，为大规模集成量子光子学提供可重构自旋-光子接口
2026-08-04 physics.optics quant-ph
Nanoelectromechanical spectral control of silicon bowtie nanocavities for quantum light sources
DTU Electro, Department of Electrical and Photonic Engineering, Technical University of Denmark（丹麦技术大学电气与光子工程系）；NanoPhoton — Center for Nanophotonics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学纳米光子中心）
本研究通过纳米机电驱动实现了硅弯箭形谐振腔的光谱调谐，实现了高光限制和低损耗，为腔量子电动力学和可扩展光子量子技术提供了关键突破。
2025-11-20 physics.optics
Water Heterostructure Photodetector for Calculation of Semiconductor Minority Carrier Lifetime
提出一种离结型 graphene/water/silicon 光电探测器，利用水分子界面动态极化及不同距离光电流指数拟合，以最高 98.8% 准确率无损计算硅少数载流子寿命。
2025-07-26 physics.optics
Higher-harmonic generation in boron-doped silicon from band carriers and bound-dopant photoionization
我们研究了Si：B中的超快谐波产生（HG），在4 K和300 K下，由强泵浦脉冲驱动，场达到~100 kV/cm，载波频率为300 GHz。我们报告了几个新的发现有关的非线性载流子动力学在强亚太赫兹领域。(i)在室温下观察到n=9阶的谐波，而在低温下，我们甚至可以分辨n=13的谐波。在中等场强下每个电荷载流子的磁化率与石墨烯中的载流子一样高，石墨烯被认为是具有最强亚太赫兹非线性响应的材料之一。(ii)对于T=300 K，其中结合到受体的载流子被完全热电离到价电子带中，磁化率值随着场强的增加而减小。结合多价带蒙特卡罗和时域有限差分（FDTD）传播的模拟表明，在这里，HG过程变得越来越占主导地位的能量依赖的散射率的贡献从带非抛物线，由于光学声子发射的发病，这最终导致在高场饱和。(iii)在T=4 K，其中大部分的电荷被绑定到受体，我们观察到的HG产量急剧上升的内部泵场为30 kV/cm，作为一个达到阈值的隧道电离。我们解开HG的贡献，在这种情况下，从最初的“代”和随后的带非线性的贡献，并表明，散射严重退化的任何相干性的空穴在随后的振荡。
2023-03-02 physics.optics
Selective Purcell enhancement of two closely linked zero-phonon transitions of a silicon carbide color center
碳化硅中的点缺陷正迅速成为单光子产生、量子传感和量子信息科学的一个非常感兴趣的平台。光子晶体腔（PCC）可以作为一个有效的光-物质界面，既可以增加缺陷发射，又可以帮助研究缺陷的性质。在这项工作中，我们制作一维纳米梁PCCs在4 H-碳化硅与嵌入式硅空位中心。这些腔被用来实现Purcell增强的两个紧密间隔的缺陷零声子线（ZPL）。使用多种技术测量>80倍的增强。此外，腔耦合到不同的ZPL的性质进行检查。
2016-09-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical loss by surface transfer doping in silicon waveguides
我们表明，未掺杂的硅波导可能遭受高达1.8 dB/cm的自由载流子吸收所造成的不适当的表面钝化。为了验证自由载流子的影响，我们施加一个门场的波导。最小的损耗对应于更高的薄层电阻，并且通常用非零栅极场获得。零栅场下自由载流子的存在归因于表面转移掺杂。这些结果为最大限度地减少硅波导中的传播损耗和在不施加栅极电压的情况下获得低损耗和高导电性的硅膜开辟了新的前景。
2015-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analysis of Kerr comb generation in silicon microresonators under the influence of two-photon absorption and free-carrier absorption
克尔频率梳的产生依赖于专用的波导平台，这些平台针对超低损耗进行了优化，同时提供了相对有限的功能，仅限于无源构建模块。与此相反，硅光子平台提供了高度发展的高性能器件组合，但由于强双光子吸收（TPA）和随后的自由载流子吸收（FCA），被认为本质上不适合在近红外（NIR）电信波长下产生克尔梳。在这里，我们提出了一个理论研究，量化TPA和FCA对克尔梳形成的影响，这是基于修改后的版本的Lugiato-Lefever方程（LLE）。我们发现，硅微谐振器可用于克尔梳产生在近红外，提供的TPA产生的自由载流子在波导芯的停留时间减少由反向偏置的p-i-n结，并适当地选择泵浦参数。我们验证我们的分析预测与时间积分的LLE，我们提出了一个具体的设计硅微谐振器，甚至可以支持形成耗散克尔孤子梳。
2020-04-01 nlin.PS physics.optics
Silicon Carbide Photonic Crystal Cavities with Integrated Color Centers
最近在3C碳化硅（SiC）中发现了类似于金刚石中带负电荷的氮空位中心的具有光学可寻址自旋态的色心，这有可能使缺陷量子位集成到用于量子信息和感测应用的已建立的晶片级器件架构中。在这里，我们展示了光子晶体腔的设计，制造和表征的3C SiC薄膜与合并合奏的色心和品质因数（Q）模式体积比类似的钻石。模拟结果表明，优化的H1和L3结构表现出高达45，000的Q和约$(λ/n)^{3}$的模式体积。我们利用内部色心作为宽带激发源来表征制造结构，其共振调谐到色心零声子线，并观察到Q在900- 1，500的范围内，窄带光致发光收集增强了10倍。通过比较不同的几何形状与有限差分时域模拟观察到的Q因子，我们发现证据表明，非垂直侧壁可能是我们的模拟和测量Q因子之间的差异的主要来源。这些结果表明，在3C SiC薄膜中的缺陷量子位显示出明确的承诺，作为一个简单的，可扩展的平台接口缺陷量子位与光子，光电，和光机设备。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Surface acoustic wave lasing in a silicon optomechanical cavity
集成光机械腔是一种很有前途的机械运动和导光模式的接口手段。最先进的演示依赖于严格限制在微米级区域内的光学和机械模式，以实现强大的光机耦合。然而，需要严格的光学机械限制和悬挂设备的一般使用阻碍了与外部设备的相互作用，限制了实现复杂电路的潜力。在这里，我们提出并证明了一种新的方法耦合自由传播的表面声波（SAW）和导光模式的光机械腔。该腔由具有亚波长间隔的硅纳米柱的周期性阵列形成，在绝缘体上硅衬底中实现。光泵浦产生一个强大的辐射压力，驱动柱的谐波振动，周期性变形的二氧化硅下包层和激发SAW。SAW的传播使腔周期变形，调制谐振波长以闭合光机耦合回路。基于这一概念，我们在实验上演示了声子激光器在室温和环境条件下的光泵浦功率低至1毫瓦。我们还展示了级联这一过程的可能性，实现了频率梳产生超过30谐波线。这些结果为实现集成波导与SAW之间的强双向耦合开辟了一条新的途径，在量子和经典领域具有广泛的应用潜力。
2022-03-11 physics.optics
Hybrid silicon all-optical switching devices integrated with two-dimensional material
本研究提出并演示了结合硅纳米腔与二维材料二碲化钼的混合全光开关，利用二维材料中光生载流子调制折射率，实现数十皮秒级、低至几百飞焦耳的开关操作。
2024-03-27 physics.app-ph physics.optics
Rippled area formed by surface plasmon polaritons upon femtosecond laser double-pulse irradiation of silicon: the role of carrier generation and relaxation processes
本文通过数值模拟研究飞秒双脉冲照射硅时载流子产生与弛豫对表面波纹形成的影响，定量解释了LSFL面积随脉冲延迟下降的两个时间常数。
2013-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Silicon Metasurface Embedded Fabry-Perot Cavity Enables High Quality Transmission Structural Color
虽然纳米级颜色生成已经研究了多年，但同时配备有大色域、高分辨率和光学多路复用能力的高性能透射结构色仍然是一个悬而未决的问题。在这里，硅超颖表面嵌入法布里-珀罗腔被证明可以解决这个问题。通过改变超颖表面单元的平面几何形状，腔体提供具有194% sRGB色域覆盖率和141111 DPI分辨率的透射颜色，以及超过300%的增强角公差。这样的高密度允许在衍射极限尺度下的二维颜色混合。得益于超颖表面的偏振操纵能力，还实现了两个正交线性偏振的青色和红色之间的任意颜色布置。我们提出的谐振腔可用于滤光片、印刷、光存储和许多其他需要高质量和高密度颜色的应用。
2022-06-15 physics.app-ph physics.optics
Dirac fermion optics and directed emission from single- and bilayer graphene cavities
高迁移率石墨烯承载无质量的载流子，具有线性色散，为电子光学现象提供了一个有前途的平台。受电介质光学微腔物理的启发，光子发射特性可以通过腔的形状有效地调谐，我们研究了相应的机制，捕获狄拉克费米子共振态在变形的微盘石墨烯台球和定向发射。在这样的石墨烯装置中，背栅电压提供了附加的可调参数以模拟不同的有效折射率，从而模拟边界处的相应菲涅耳定律。此外，基于单层和双层石墨烯的腔分别表现出克莱因和反克莱因隧穿，导致在停留时间和腔态的发射曲线方面的明显差异。此外，我们发现了各种不同的发射特性取决于源的位置，其中载流子被馈送到空穴。结合量子力学模拟与光线跟踪和相应的相空间分析，我们证明了强约束的发射载流子在中场的单层石墨烯系统，并可以将其与透镜效应。对于双层石墨烯，共振态的捕获更有效，并且发射特性不太依赖于源位置。
2021-09-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Realization of high-Q/V bichromatic photonic crystal cavities defined by an effective Aubry-André-Harper potential
我们报道了在薄硅膜中的双色光子晶体腔的设计、制造和光学特性，其谐振波长在1550 nm附近。腔的设计是基于最近提出的光子晶体实现的Aubry-André-Harper双色势，它依赖于两个一维晶格的叠加与周期常数之间的非整数比。在光子晶体纳米腔中，这种限制机制使得可以直接实现优化的品质因数，特别是超高Q因子和衍射极限模体积。几个硅膜光子晶体纳米腔的Q值在1百万范围内已经实现，证明了共振散射。这些设计的通用性及其易于实现和可扩展性使得这些结果对于在不同材料平台和工作波长上实现高性能光子纳米腔特别有趣。
2016-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Mid-Infrared Soliton and Raman Frequency Comb Generation in Silicon Microrings
本文数值研究了连续泵浦硅微腔在中红外波段产生频率梳的机理。相干孤子梳的产生，甚至可以获得零线性腔失谐的泵，通过适当的控制多光子吸收的自由载流子的有效寿命，这引入了一个非线性腔失谐通过自由载流子色散。最佳倍频程跨越拉曼梳产生的条件也进行了说明。
2014-09-10 nlin.PS physics.optics
High-responsivity vertical-illumination Si/Ge uni-traveling-carrier photodiodes based on silicon-on-insulator substrate
Si/Ge单向载流子光电二极管在克服空间电荷效应和抑制热效应的同时，具有更高的输出电流，这对于提高各种微波光子系统的动态范围和简化不同应用中的高比特率数字接收机是非常有益的。从封装的角度来看，具有垂直照明配置的探测器可以通过拾取和放置工具轻松处理，并且是制造光接收器模块的热门选择。然而，垂直照明Si/Ge单向传播载波（UTC）器件受到高速和高响应度之间的相互约束。本文报道了一种基于绝缘体上硅衬底的高响应度垂直照明Si/Ge UTC光电二极管。由于相长干涉，器件的最大吸收效率是硅衬底的2.4倍。成功地制造了Si/Ge UTC光电二极管，并且在1550 nm处具有0.18 A/W的主导响应度，即使在Ge吸收层薄25%的情况下也提高了50%。
2015-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Optomechanical cavities based on epitaxial GaP on nominally (001)-oriented Si
本文提出在名义(001)取向Si上外延GaP并通过低温刻蚀和选择性硅刻蚀两步工艺直接制备光机械腔，避免晶圆转移键合，实验获得10³–10⁴光学品质因子和约3.1 GHz机械谐振，验证了低成本集成方案。
2024-03-28 physics.app-ph physics.optics
