Electronic Metamaterials with Tunable Second-order Optical Nonlinearities
设计具有可调非线性光学特性的超材料的能力对于非线性光学是至关重要的。传统上，金属已被用来增强非线性光学相互作用，通过场局域化。在这里，受材料的电子特性的启发，我们介绍并实验证明了一种非对称金属-半导体-金属（MSM）超材料，该材料具有大的且电子可调的有效二阶光学极化率（\c{hi}（2））。诱导的\c{hi}（2）源自半导体（\c{hi}（3））的三阶光学极化率与工程内部电场之间的相互作用，所述工程内部电场由在其界面处具有不同功函数的两种金属产生。我们证明了MSM超材料的二次谐波强度是其成分的五倍，其电可调非线性系数范围为2.8至15.6 pm/V。
2017-04-21 physics.optics
Integrated tunable green light source on silicon nitride
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Università di Pavia（帕维亚大学）
本文提出一种基于硅氮化物微谐振器的集成绿光源，利用光诱导二阶非线性效应，实现3.5mW绿光功率和29nm宽调谐范围，同时实现毫瓦级全光极化阈值，支持无放大连续波极化。
2025-04-18 physics.optics
Tunable mid-infrared generation via wide-band four wave mixing in silicon nitride waveguides
实验研究了在光子芯片氮化硅波导中利用四波混频（FWM）实现近红外（NIR）飞秒脉冲到中红外（MIR）的宽带（>100 THz）下变频。纳米光子几何结构中的工程色散，以及氮化硅的宽透明度范围，使大失谐FWM相位匹配成为可能，并在单个芯片上产生2.6-3.6 μ m的可调谐MIR，泵浦脉冲能量为100 pJ。此外，我们观察到> 20 dB的宽带参数增益的NIR脉冲时，FWM过程中操作的频率上转换配置。我们的研究结果展示了集成光子电路如何在同一芯片上实现多种非线性光学现象，并导致工程合成的宽带，可调谐，相干光跨近红外和中红外波长带从光纤为基础的泵。
2018-07-08 physics.app-ph physics.optics
Ultrabroadband supercontinuum generation and frequency-comb stabilization using on-chip waveguides with both cubic and quadratic nonlinearities
使用氮化铝光子芯片波导，我们产生的光频梳超连续谱从500 nm到4000 nm的0.8 nJ的种子脉冲，并表明，可以通过改变波导的几何形状定制的频谱。由于氮化铝具有二次和三次非线性，光谱特征同时来自许多非线性机制：超连续谱产生，差频产生，二次谐波产生和三次谐波产生。作为综合多个非线性过程的应用之一，我们利用直接光电探测的方法来测量和稳定激光梳的载波包络偏移频率。此外，我们在3000 nm至4000 nm区域产生约0.3 mW，这对于分子光谱学是潜在有用的。从可见光到中红外线的宽带光产生与简化的自参考相结合，为现场的光谱学和计量学提供了一条通往稳健梳状系统的道路。
2017-04-12 physics.optics
Engineered optical nonlinearities and enhanced light transmission in soft-matter systems with tunable polarizabilities
在这项工作中，我们证明了某些软物质系统的非线性响应可以通过适当地设计其光学极化率来定制。特别是，我们故意合成稳定的胶体悬浮液与负极化，并观察第一次强大的传播和增强传输的自陷光在长距离，否则将不可能在传统的悬浮液与正极化。极大地促进这种行为的是由这些胶体系统的热力学性质引入的诱导的可饱和非线性光学响应。这反过来又导致通过自激活透明效应的散射大幅减少。我们的研究结果可能为开发具有可调光学非线性的软物质系统开辟新的机会。
2013-08-14 cond-mat.soft physics.optics
Tunable Squeezing Using Coupled Ring Resonators on a Silicon Nitride Chip
我们演示了连续调谐的压缩水平产生的双环光学参量振荡器通过外部控制的耦合条件，使用电控集成微加热器。我们通过利用一对耦合氮化硅微谐振器所避免的交叉来实现这一点。我们直接检测到的压缩水平从0.5 dB的欠耦合制度的2 dB的过耦合制度，这对应于在所产生的片上压缩因子从0.9 dB到3.9 dB的变化。这种在压缩水平上的宽的可调谐性可以用于需要最佳程度的压缩的片上量子增强感测协议。
2015-06-11 physics.optics quant-ph
Hybrid Nonlinear Effects in Photonic Integrated Circuits
本研究利用两种材料的混合光学非线性，在熔融石英包层氮化硅微谐振腔中实现了拉曼散射与Kerr频率梳的联合产生，为集成光子器件的多功能化与高效非线性电路提供了新途径。
2025-05-02 physics.optics
Parametrically tunable soliton-induced resonant radiation by three-wave mixing
我们证明了时间孤子可以通过三波混频非线性引起共振辐射。这构成了一类新的共振辐射，其光谱位置是参数可调的。实验验证是在一个周期性极化的锂离子晶体，其中飞秒近红外孤子被激发和共振辐射波的观察正是在计算的孤子相位匹配波长通过和频和差频产生的非线性。这将超连续谱带宽很好地扩展到中红外以跨越550-5000 nm，并且通过改变三波混频相位匹配条件，中红外边缘在1000 nm以上是参数可调的。研究结果对二次非线性微谐振器产生明亮宽带超连续谱和频率梳具有重要意义。
2017-03-24 physics.optics
Tunable bandwidth and nonlinearities in an atom-photon interface with subradiant states
单光子水平的光学非线性是构建高效光子-光子门和实现量子网络的关键特征。这样的光学非线性可以使用理想的二能级系统获得，例如耦合到光学腔的单个原子。然而，虽然有效，但是这样的原子-光子界面呈现由自发发射时间确定的固定带宽，并且因此由腔增强的两级跃迁的光谱宽度确定，从而阻止了到单个量子网络中的带宽失配的原子系统的有效传输。在目前的工作中，我们提出了一个可调的原子-光子界面，利用两个略有不同的原子系统的直接偶极偶极耦合。研究表明，当与腔模弱耦合并通过偶极-偶极相互作用直接耦合时，两个微失谐原子系统的次辐射模是光学可寻址的，并呈现出宽的可调谐带宽和单光子非线性。
2018-07-11 physics.optics quant-ph
Counter-rotating cavity solitons in a silicon nitride microresonator
我们演示了使用固定的单频激光器在氮化硅微谐振腔中产生反向旋转的腔孤子。我们证明了一个双3孤子状态的孤子序列的重复率的差异，可以通过改变在两个方向上的泵浦功率的比例进行调谐。这样的系统使得能够实现高度紧凑的可调谐双梳状源，其可以用于诸如光谱学和测距的应用。
2017-11-13 physics.optics
Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride Have Spectrally Tunable Quantum Efficiency
了解新型固态量子发射体的性质对于从量子光学到生物学等领域的各种应用至关重要。最近在六方氮化硼中发现的缺陷特别令人感兴趣，因为它们提供了非常期望的特性，例如窄发射线和光稳定性。在这里，我们研究了发射对激发波长的依赖性。我们发现，为了实现明亮的单光子发射与高量子效率，激发波长必须匹配的发射。这是一个强有力的指示，发射器拥有一个复杂的水平计划，不能用一个简单的两个或三个层次的系统。使用这种激发依赖性的发射，我们因此获得进一步的洞察力的内部水平计划，并演示如何区分不同的发射器空间以及在他们的光子相关性。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Toward integrated synchronously pumped optical parametric oscillators in silicon nitride
利用氮化硅波导中产生的四波混频效应，提出了一种由超快光纤激光器同步泵浦的可调谐波导-光纤混合光参量振荡器（OPO）。参量振荡的结果在一个35 dB的空闲频谱功率密度的增强相比，自发四波混频，在O波段的宽波长调谐超过86 nm的能力。的振荡阈值和反馈回路的效率的测量揭示了如何在一个单一的氮化硅芯片上的OPO的集成可以完成在100 MHz的顺序在标准的重复率的泵浦激光器。
2021-08-13 physics.optics
Silicon Nitride Microresonator Raman Lasers
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
研究利用氮化硅微谐振器实现高效拉曼激光，通过优化光学模式与硅氧化物包层重叠，抑制非线性竞争效应，实现低阈值激光输出，并展示宽频调谐能力。
2025-06-14 physics.optics
Tunable exciton polaritons in band-gap engineered hexagonal boron nitride
本文提出利用外部超晶格势调控六方氮化硼的能带结构，实现近紫外至中紫外波段的可调谐激子，并证明该系统可模拟栅格偏振器，为紫外至可见光范围的极化激元器件提供了新平台。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable telecom to mid-infrared optical parametric oscillation via microring-based $χ^{(3)}$ nonlinearities
具有远频移边带的光学参量振荡（OPO）在精密光谱学和量子信息处理中具有重要的应用价值。基于微谐振器的OPO光源具有尺寸小、色散特性好等优点。在这里，我们展示了大频移$χ^{(3)}$为基础的OPO从结晶氮化铝微环泵在$\sim$ 2 $μ$ m的正常色散制度。实现了电信和中红外波段的OPO，频率间隔为65.5 THz。通过调整微结构尺寸、改变抽运波长和控制芯片温度，可以分别在10、1和0.1THz范围内灵活地调谐OPO频率。在高腔内泵浦功率下，OPO边带进一步演化为局域频率梳状线。这种具有灵活波长可调谐性的电信到中红外OPO将导致增强的芯片级光源。
2019-12-14 physics.app-ph physics.optics
Gate-Tunable Optical Nonlinearities and Extinction in Graphene/LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ Nanostructures
原始的未掺杂石墨烯在电磁波谱的可见光至近红外（VIS-NIR）区域内具有2.3%的恒定吸收。在某些条件下，例如纳米结构和强门控，石墨烯可以与VIS-NIR光更稳健地相互作用，并表现出大的非线性光学响应。在这里，我们探索石墨烯/LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$纳米结构的光学性质，其中在LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$界面处形成的纳米结使得能够在~10 nm的尺度上将大（~10 $^8$ V/m）电场施加到石墨烯。在用超快VIS-NIR光照射时，石墨烯/LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$纳米结构产生宽带THz发射以及和频生成（SFG）响应。在VIS-NIR和SFG区域都观察到强光谱尖锐、门可调的消光特性（>99.99%），同时非线性响应显著增强。所观察到的门可调谐的强石墨烯-光相互作用和非线性光学响应具有根本意义，并且为基于石墨烯的光学器件的未来开发开辟了道路。
2019-12-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Stokes microcombs in silicon nitride microresonators
本文首次在正常色散氮化硅微环谐振腔中观测到斯托克斯微梳，揭示了克尔与拉曼非线性相互作用机制，实现了两种梳态的可控切换，并通过数值模型验证了拉曼诱导 platicon 形成，为新型光子器件奠定基础。
2025-11-07 physics.optics
Four-wave mixing and nonlinear parameter measurement in a gallium-nitride ridge waveguide
氮化镓（GAN）具有宽的直接带隙、显著的非线性和高的光损伤阈值，是一种很有前途的集成电光器件材料平台。GAN层中的低损耗脊形波导最近被证明。在这项工作中，我们提供了第一份报告的四波混频在通信波长的GAN波导，并观察到相对较高的非线性传播参数。波导的非线性系数为1.6 ± 0.45 [W*m]-1，相应的GAN的三阶非线性参数估计为3.4e-18 ± 1 e-18 [m^2/W]。结果表明，GAN波导可以在非线性光信号处理应用中发挥作用。
2018-11-16 physics.optics
Design and optimization of optical modulators based on graphene-on-silicon nitride microring resonators
为了克服石墨烯与光的弱相互作用带来的高调制深度的挑战，提出并研究了一种基于石墨烯可调光学电导率的氮化硅基石墨烯（SiNx）微腔。系统地分析和优化了石墨烯/氮化硅波导的几何参数，得到了0.04 dB/μm的损耗可调谐性和0.0022的有效折射率变化。我们详细研究了石墨烯与半径为40 μ m的微环谐振器之间的相互作用，其中同时考虑了电吸收和电折射调制。通过选择合适的石墨烯覆盖率和耦合系数，获得了大于40 dB的高调制深度和较大的制造公差。
2016-10-11 physics.optics
Nonlinear Tunable Vibrational Response in Hexagonal Boron Nitride
结构材料中的非线性光-物质相互作用是激发性质的来源，并使光子学的前沿应用成为可能。然而，非线性效应的幅度通常很小，因此需要高的光学强度来在纳米尺度上表现它们。在这里，我们揭示了单层六方氮化硼（hBN）在中红外声子极化激元区域的大的非线性响应，该响应是由与该材料中原子振动相关的强非谐势触发的。我们提出了强大的第一性原理理论预测的阈值光场$\sim40\,$ MV/m，以产生阶单位效应的克尔非线性和谐波产生，这是可能的组合所表现出的光学声子的长寿命和强烈的不对称景观的配置能量在hBN。我们进一步预见在纳米尺寸的结构在几个量子水平的极化激元封锁。此外，通过混合静态场和光学场，单层hBN的强非线性响应引起光学声子模式的显著频移，超过了使用横向选通技术可获得的面内DC场的谱宽。因此，我们预测了一个实用的方案，在中红外光电子学的潜在利益的振动模式的电调谐。hBN极化激元的强非线性响应、低阻尼和鲁棒性为光调制、传感和计量中的应用的发展奠定了基础，同时引发了对其他离子材料中的强振动非线性响应的研究。
2021-05-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photo-induced cascaded harmonic and comb generation in silicon nitride microresonators
氮化硅（Si $_3$ N $_4$）是一种日益成熟的非线性光学集成平台。然而，由于没有二阶（$χ^{(2)}$）非线性，Si $_3$ N $_4$主要被认为是三阶（$χ^{(3)}$）非线性相互作用。最近，通过光电效应在Si $_3$ N $_4$波导和微谐振器中进行光学极化克服了这一限制，从而导致准相位匹配$χ^{(2)}$光栅的铭文。在这里，我们报告的级联非线性效应在正常色散硅$_3$ N $_4$微谐振器结合$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性。我们证明，光致$χ^{(2)}$光栅也提供了相位匹配的和频产生过程中，使启动和连续切换的主要梳在泵浦波长。此外，双共振泵浦和二次谐波场允许级联的三次谐波产生，其中二次光学写入的$χ^{(2)}$光栅被识别。最后，我们得到了由和频耦合初级梳演化而来的低噪声宽带微梳态。这些结果扩展了$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$微谐振器中级联效应的范围。
2022-03-29 physics.optics
Integrated CARS Source based on Seeded Four-wave Mixing in Silicon Nitride
对基于氮化硅波导的相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）集成非线性光源进行了理论研究。利用种子四波混频，获得了波长可调谐、时间同步的信号光和闲频光脉冲。我们发现，所计算的输入泵浦功率所需的非线性波长产生是一个以上的数量级低于以前报道的方法基于光纤。波长转换的调谐范围被计算为1418 nm至1518 nm（闲频）和788 nm至857 nm（信号），其对应于从2350 cm $^{-1}$至2810 cm $^{-1}$的振动跃迁的覆盖。在峰值泵浦功率为300 W时，获得了19.1%的最大转换效率。
2013-12-09 physics.optics
Terahertz Nonlinear Superconducting Metamaterials
我们研究了由氮化铌（NbN）制成的平面超导超材料在太赫兹频率下的非线性效应。由于入射的强太赫兹场的变化改变了NbN中的本征电导率，因此观察到由于强非线性引起的巨振幅调制。所选择的超材料的高灵敏度甚至允许在各种温度下观察非线性行为，但是由非线性效应引起的谐振调制不同于由加热效应引起的谐振调制。所提出的结果说明了一个聪明的实现强烈增强的非线性，从而可能带来新的应用非线性超材料。
2012-12-12 physics.optics
Exploiting structural nonlinearity of a reconfigurable multiple-scattering system
非线性光学是一个迅速发展的领域，已经发现了广泛的应用。然而，一个主要的限制是高功率的要求，特别是高阶非线性。在这里，通过重新配置一个多重散射系统，我们通过散射势和输出光之间的非线性映射引入“结构非线性”。实验上，我们证明了高阶，可调的非线性在低功率。多重散射光的特征在于增强的强度波动和长程空间相关性。我们的方法的灵活性，鲁棒性和能源效率提供了一个通用的平台，探索各种应用的结构非线性。
2022-08-18 physics.optics
Efficient and wavelength-tunable second-harmonic generation towards the green gap
本文利用高Q值Si3N4微谐振器实现高效可调二次谐波产生，填补绿色光谱空缺，并展示光栅可重构与调谐能力。
2025-04-24 physics.optics
Systematic Design and Demonstration of Multipole, Coupled-Cavity Integrated Photonic Bandpass Filters with High FSR, High-Q Single-Mode Microresonators in Low-Loss Silicon Nitride Platform
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；OEwaves Inc.（OEwaves公司）
本文提出了一种基于硅氮化物平台的多极耦合腔集成光波带通滤波器，实现了高FSR和高Q单模微谐振器，具备超宽可调中心频率、低插入损耗和高抑制比，为射频、微波和毫米波系统提供了先进的滤波解决方案。
2026-02-16 physics.optics
Simplified Aluminum Nitride Processing for Low-Loss Integrated Photonics and Nonlinear Optics
针对AlN纳米加工难的问题，提出一种使用单层氮化硅掩模和薄导电聚合物层的简便方法制备AlN微环谐振腔，实现了高达一百万的固有品质因子及多种非线性现象。
2025-06-27 physics.app-ph physics.optics
Optically reconfigurable quasi-phase-matching in silicon nitride microresonators
在集成光子学中引入有效的二阶非线性效应是一项重要的任务，其动机是实现芯片上所有可能的光学功能。这样的任务已经证明在硅光子学中特别具有挑战性，因为最适合于光子集成的材料缺乏二阶极化率（$χ^{(2)}$）。在这种材料中诱导有效的$χ^{(2)}$的方法最近开辟了新的机会。在这里，我们提出了光学可重构准相位匹配的大半径Si $_3$ N $_4$微谐振器，从而在mW级的片上二次谐波产生的功率。最重要的是，我们表明，这种全光极化可以发生不受约束的模间相位匹配，导致广泛可调谐的二次谐波产生。我们确认的现象，通过双光子成像内的微谐振器的刻$χ^{(2)}$光栅结构，以及通过动态跟踪的泵和二次谐波模式的谐振。这些结果明确地建立，光电效应，负责全光极化，可以克服相位失配的限制，即使在谐振系统中，同时允许输出功率和可调谐性的组合记录。
2021-03-18 physics.optics
Ge Microdisk with Lithographically-Tunable Strain using CMOS-Compatible Process
我们提出了一个大的双轴拉伸应变下使用CMOS兼容的制造工艺的锗微盘光学谐振器。通过应力集中技术实现了约0.7%的双轴拉伸应变，该技术允许通过仔细选择某些光刻尺寸来定制应变水平。通过沉积压应力氮化硅层来补偿图案化锗微盘边缘处的部分应变弛豫。二维拉曼光谱测量以及有限元方法模拟证实了最终的微盘结构内的相对均匀的应变分布。光致发光的结果表明，由于回音壁模式，这是在良好的协议与有限差分时域光学模拟清晰的光学共振。我们的带隙可定制的微盘提出了一种新的途径，对一个有效的锗光源片上光学互连。
2015-10-25 physics.optics
Free electron nonlinearities in heavily doped semiconductors plasmonics
重掺杂的杂质半导体已经成为中红外频率的可调谐低损耗等离子体材料。本文研究了与高浓度自由电子有关的非线性光学现象。我们使用流体动力学的描述来研究自由电子动力学在重杂质半导体高达三阶项，这通常是可以忽略不计的贵金属。我们发现，级联三次谐波产生由于二次谐波信号可以作为直接三次谐波产生的贡献一样强，即使当二次谐波产生效率为零。此外，我们表明，当与等离子体增强自由电子的非线性耦合时，可以达到两个数量级大于传统的半导体非线性。本研究为中红外波段非线性光学集成器件的研究开辟了一条新的途径。
2020-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Supercontinua from integrated gallium nitride waveguides
本研究探索集成氮化镓波导中的超连续谱生成，利用其高非线性和大带隙避免多光子吸收，实现近4微米波长覆盖及片上f-2f干涉测量，为宽带非线性光子学提供新平台。
2024-08-27 physics.optics
Fully Integrated Perovskite Polaritonic Circuits with Tunable Lasing and Nonlinear Amplification
本研究提出了一种完全集成的钙钛矿极子电路，实现了室温相干激光和非线性放大，为低功耗高非线性光子电路提供了新方案。
2025-12-02 physics.optics
Tunable nonlinear coherent perfect absorption with epsilon-near-zero plasmonic waveguides
提出了一种利用近零等离激元波导实现纳米尺度非线性相干完全吸收的方案。分析并给出了线性ENZ等离子体波导中实现CPA的一般条件。所提出的ENZ波导在其截止频率处支持有效的ENZ响应，其中CPA效应在具有相等振幅和适当相位分布的两个反向传播平面波的照射下发生。此外，在ENZ共振下，波导的纳米通道内的强且均匀的场增强可以有效地增强克尔非线性，从而产生新的全光开关强度依赖CPA现象，其可以以超快速度调谐。所提出的自支撑ENZ结构将三阶非线性功能与纳米级等离子体配置中的驻波CPA干涉效应相结合，从而导致在亚波长区域中实现的新颖程度的可调谐光-物质相互作用。我们的研究结果提供了一个新的平台，以有效地激发非线性现象在纳米尺度和设计可调相干完美吸收。
2018-03-13 physics.optics
Resonantly tunable second harmonic generation from lithium niobate metasurfaces
二次谐波（SHG）是一种相干非线性现象，在激光颜色转换中起着重要的作用。锂酸锂（LN）具有大的禁带宽度和突出的二阶非线性，是一种重要的非线性频率转换材料，其光谱范围从紫外到中红外。在这里，我们实验证明LN超颖表面具有可控的SHG性能。在米氏共振处观察到SHG效率的明显增强。通过改变超颖表面的几何参数以及共振，我们能够选择性地提高不同波长下的SHG效率。我们的研究结果将为开发高灵活性的新型紧凑型非线性光源的应用，如生物传感和光通信铺平了道路。
2020-10-26 physics.optics
Silicon nitride stress-optic microresonator modulator for optical control applications
氮化硅集成平台已经成功地实现了从可见光到红外线的极低波导损耗，以及包括高性能激光器、滤波器、谐振器、稳定腔和光学频率梳在内的组件。然而，在氮化硅平台中实现低损耗、低功率调制器同时保持平面、晶片级工艺兼容性的进展受到限制。在这里，我们报告了一个显着的进步，集成的压电（PZT）驱动的微环调制在全平面，晶圆级氮化硅平台，保持低的光损耗（在625 μ m谐振器中为0.03 dB/cm），其带宽增加了一个数量级（DC到20 MHz 3-dB），并且与现有PZT调制器相比，功耗降低了20 nW的数量级。该调制器在整个4 GHz调谐范围内提供>14 dB ER和710万Q，调谐效率为200 MHz/V，并提供控制应用所需的线性度，在1 MHz和10 MHz时IMD 3 SFDR分别为65.1 dBHz 2/3和73.8 dBHz 2/3。我们演示了两个控制应用，激光稳定在PDH锁定环，减少激光频率噪声40分贝，并作为激光载波跟踪滤波器。这种PZT调制器设计可以在超低损耗氮化硅平台中扩展到可见光，只需对波导设计进行微小的更改。PZT调制在超低损耗氮化硅波导平台中的这种集成使得调制器控制功能能够广泛应用于可见光到红外应用，例如用于冷却的原子和分子跃迁锁定、可控光学频率梳、低功率外腔可调谐激光器、原子钟以及可调谐超低线宽激光器和超低相位噪声微波合成器。
2022-06-18 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Acoustoelectrically enhanced acousto-optic modulation in an integrated silicon nitride and thin film lithium niobate platform
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Northern Arizona University（北亚利桑那大学）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Yale University（耶鲁大学）
本研究首次在集成氮化硅与薄膜铌酸锂平台上实现声电增强声光调制，通过片上声电放大达60 dB，实现低功耗高效相位调制，并提出了可替代光纤延迟的声电增强光声振荡器方案。
2026-09-30 physics.optics
Monolithically integrated, broadband, high-efficiency silicon nitride-on-silicon waveguide photodetectors in a visible-light integrated photonics platform
可见和近红外光谱光子集成电路正迅速成为解决量子信息和生物传感中的缩放挑战的关键技术。到目前为止，该光谱范围内的集成光子平台缺乏集成光电探测器。在这里，我们报告的第一个硅波导氮化硅光电探测器，单片集成在硅上的可见光光子平台。由于漏波硅基氮化硅设计，该器件在$λ$ ~400 nm ~640 nm的记录波长范围内实现了> 60%的高外量子效率，光电带宽高达9 GHz，雪崩增益带宽积高达173 $\pm$ 30 GHz。作为一个例子，光电探测器与波长可调谐微晶体管集成在一个芯片上，用于片上功率监测。
2022-09-21 physics.app-ph physics.optics
Thermally tunable hybrid photonic architecture for nonlinear optical circuits
我们开发了一个热可调的混合光子平台，包括砷化镓（GaAs）光子晶体腔，氮化硅（SiN $_x$）光栅耦合器和波导，和铬（Cr）微加热器上的集成光子芯片。GaAs光子晶体腔体与公共总线波导渐逝连接，将计算层和通信层分开。微加热器被设计成连续地且可逆地将远距离的光子晶体腔调谐到共同的谐振。该架构可以在用于专用光学计算和机器学习的相干光网络中实现。
2018-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Ultrasensitive Polarization-Resolved Probing of Transient Dynamics in MoS$_2$ on Silicon Nitride Microresonators
该研究提出了一种在硅氮化物微谐振器上超灵敏探测MoS₂瞬态光学变化的方法，通过偏振可调的近红外激光实现对快速载流子非线性效应和慢热光学瞬态的同时测量，为二维材料的光电行为研究提供新视角。
2025-12-16 physics.optics
3D Heterogeneous Integration of Silicon Nitride and Aluminum Nitride on Sapphire toward Ultra-wideband Photonics Integrated Circuits
本研究在蓝宝石上异质集成氮化硅与氮化铝，开发出覆盖紫外至红外的超宽带三维光子集成电路平台，展示了光学非线性、低损耗组件及跨层光学连接，为短波长应用提供新机遇。
2025-04-02 physics.app-ph physics.optics
GaN/InN HEMT based UV photodetector on SiC with hexagonal boron nitride passivation
提出一种基于GaN/InN HEMT的紫外光电探测器，采用SiC基底与SiN/h-BN双重钝化方案，有效抑制栅极漏电流并提升热管理，实现高光暗电流比与可调性能。
2025-08-09 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
Ultra-Low-Power Tuning in Hybrid Barium Titanate-Silicon Nitride Electro-Optic Devices on Silicon
作为集成电子学的光学模拟，集成光子学已经以光学互连的形式在数据中心中得到了广泛的应用。随着全球网络流量持续快速增长，此类电路的功耗成为关键考虑因素。光子集成电路中的电可调器件对总功率预算有很大贡献，因为它们传统上依赖于固有的功耗现象，例如等离子体色散效应或热光效应进行操作。在这里，我们展示了超低功率的折射率调谐的混合钛酸钡（BTO）-氮化硅（SiN）平台集成在硅上。我们利用大电场驱动的Pockels效应，实现调谐的铁电BTO薄膜的亚100 nm的厚度。外推功率消耗调谐自由频谱范围（FSR）在跑道谐振器设备仅为106 nW/FSR，几个数量级低于许多以前的报告。我们通过在20 °C的温度范围内补偿热致折射率变化以及使用我们的平台制造可调谐多谐振器光学滤波器来展示我们的混合BTO-SiN技术的技术潜力。我们的混合BTO-SiN技术大大推进了超低功耗集成光子器件领域，并允许实现下一代高效光子电路，用于通信、传感和计算等各种领域。
2019-11-26 physics.app-ph physics.optics
Tunable broadband light emission from graphene
石墨烯具有很强的光-物质相互作用和很大的非线性光学系数，是集成非线性光学的理想材料。石墨烯已被用于光调制器、可饱和吸收体、非线性频率转换器和宽带光发射器。对于后一种应用，关键要求是控制和设计石墨烯的发射波长和带宽以及电子温度的能力。在这里，我们证明了石墨烯$'$的宽带热载流子光致发光的发射波长可以通过光子腔上的集成来调谐，而热管理可以通过向六方氮化硼的面外热传递来实现。我们的研究结果为石墨烯基超快宽带光发射器的可调谐发射铺平了道路。
2020-12-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magic silicon dioxide for widely tunable integrated photonics
本研究通过调控二氧化硅ICPCVD沉积条件，首次在单芯片上实现双向热光调谐，提升调谐能力达10倍，还降低了热串扰，为新型光子架构奠定基础。
2024-07-11 physics.app-ph physics.optics
Polarization-based Metalenses with High Numerical Aperture and Focusing Efficiency Utilizing Silicon-rich Nitride
本文研究利用富硅氮化物（SRN）设计高数值孔径超透镜，通过优化pitch尺寸提升聚焦效率，设计出NA为0.9、效率75%和NA为0.99、效率42%的两款超透镜，展示了SRN在高效平面光子器件中的应用潜力。
2024-03-29 physics.app-ph physics.optics
Tunable and broadband coherent perfect absorbers with nonlinear and amplification performance based on asymmetric bifacial graphene metasurfaces
提出了一种非对称双面石墨烯超颖表面，实现了太赫兹（THz）波段的可调谐宽带相干完全吸收（CPA）。所提出的设计是由两个不同的石墨烯方形贴片超颖表面堆叠在一个介电基板。非线性CPA性能，而不诉诸光学非线性和放大的基础上发生的波干涉现象沿和内部的亚波长结构。在单波照明的情况下，得到了两个方向的宽带非对称反射。该响应充当所呈现的可调谐和宽带非线性CPA性能以及对吸收的逆响应（即，当附加的输入波与相反传播的入射波相干地相互作用时，放大。该器件有望成为光调制器、传感器、光电探测器和全光小信号放大器等新型片上太赫兹通信器件的重要组成部分。
2020-05-25 physics.app-ph physics.optics
Integrated Mode-Hop-Free Tunable Lasers at 780 nm for Chip-Scale Classical and Quantum Photonic Applications
本文展示了一种GaAs-on-SiN异质集成780 nm连续可调谐激光器，具有20 nm调谐范围、<6 kHz线宽和>100 GHz无跳模调谐，并验证了其在量子光子产生和铷原子光谱锁定中的应用潜力。
2024-07-22 physics.optics quant-ph
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
Machine Learning Assisted Inverse Design of Microresonators
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（弗里德里希-亚历山大大学埃尔朗根-纽伦堡）
对制造具有所需光学特性的微谐振器的高要求导致了各种优化几何形状、模式结构、非线性和色散的技术。根据应用，在这种谐振器中的色散抵消其光学非线性，并影响腔内光学动力学。在本文中，我们演示了使用一个机器学习（ML）算法作为一种工具，以确定微谐振器的几何形状，从他们的色散曲线。通过有限元模拟生成了具有约460个样本的训练数据集，并使用集成氮化硅微谐振器对模型进行了实验验证。两个ML算法进行了比较，以及适当的超参数调整，其中随机森林（RF）产生最好的结果。模拟数据的平均误差远低于15%。
2022-11-10 cs.LG physics.optics
Low-loss silicon nitride photonic ICs for single-photon applications
低损耗光子集成电路（PIC）是未来量子技术、非线性光子学和神经网络的关键元件。针对C波段应用的低损耗光子电路技术在多项目晶圆（MPW）工厂中得到了很好的建立，而适用于最先进的单光子源的近红外（NIR）PIC仍然不发达。在这里，我们报告的实验室规模的工艺优化和光学特性的低损耗可调谐光子集成电路的单光子应用。我们在单模氮化硅亚微米波导（220 x550 nm）中展示了迄今为止最低的传播损耗（在925 nm波长处低至0.55 dB/cm）。这种性能是由于先进的电子束光刻和电感耦合等离子体反应离子蚀刻步骤，产生波导垂直侧壁与低至0.85纳米的侧壁粗糙度。这些结果提供了一个芯片级的低损耗PIC平台，甚至可以进一步改善与高品质的SiO2包覆，化学机械抛光和多步退火的超严格的单光子应用。
2022-10-28 physics.app-ph physics.optics
Etch-Tuning and Design of Silicon Nitride Photonic Crystal Reflectors
通过将独立的电介质膜图案化为光子晶体反射器（PCR），可以共振地增强其垂直入射反射率，从而实现薄的单材料反射镜。在许多PCR应用中，工作波长（例如，低噪声激光器或发射器的工作波长）是不可调谐的，从而对晶体几何形状施加了不能用标准纳米光刻可靠地实现的公差。在这里，我们提出了一个温和的技术，微调的SiN PCR的谐振波长，使用迭代氢氟酸蚀刻。通过很少的优化，我们实现了57 nm薄的光子晶体，其工作波长在我们的目标（1550 nm）的0.15 nm（0.04共振线宽）内。我们的薄结构表现出更广泛的和不太明显的传输下降比平面波模拟预测，我们确定了两个影响导致这些差异，都与准直激光束的发散角。为了克服未来器件的这一限制，我们将一系列模拟提炼成一组通用设计考虑因素，以实现鲁棒的高反射率谐振。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear Terahertz Polaritonics in a Quantum Paraelectric
本文提出以量子顺电体为THz声子极化激元平台，利用其强非线性实现全光可重构信号控制，并通过时空分辨成像在SrTiO3中观测到弹道传播及低温类孤子无色散输运。
2025-07-25 cond-mat.other physics.optics
Scalable Liquid-Crystal Integrated Silicon Nitride Photonic Circuits for Reconfigurable Quantum Interference
Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）；Korea University（高丽大学）；Seoul National University of Science and Technology（首尔科学技术大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）
本文提出了一种基于液晶的相位调制器，实现了高可见度的量子干涉，展示了硅氮化物平台在量子光子电路中的可扩展性和能效。
2026-05-08 physics.optics quant-ph
