Molecular Quantum Wakes for Clearing Fog
最近，在空气中的高强度激光照射已经证明，通过等离子体的产生及其相关的冲击波，可以清除光束周围的雾，留下光学透明的路径来传输光。然而，对于像自由空间光通信（FSO）这样的实际应用，需要在千米范围内具有多厘米直径的信道，这对于基于等离子体的方法是极其具有挑战性的。在这里，我们报告了一种完全不同的方法，基于量子控制。我们证明，雾清除也可以通过在空气中产生分子量子尾流来实现，并且既不需要等离子体产生也不需要等离子体。这种效应与N2中旋转波包的复相时间有关。以8个脉冲的共振串形式提供的泵浦光激励，其初始消光系数可达-6dB。
2020-04-08 physics.app-ph physics.optics
Heavily doped zinc oxide with plasma frequencies in the telecommunication wavelength range
我们展示了重和超掺杂的ZnO的镓（Ga）离子注入使用聚焦离子束（FIB）系统和注入后的激光退火的组合。离子注入允许掺入具有几乎任意浓度的杂质，并且激光退火工艺使得掺杂剂激活接近或超过Ga在ZnO中的固溶度极限。我们获得了自由载流子浓度为~10^21 cm^（-3）的重掺杂ZnO：Ga，从而产生了1.02 μ m的等离子体波长，这比1.55 μ m的电信波长短得多。因此，我们的方法能够控制的等离子体频率的ZnO从远红外线下降到1.02微米，提供了一个有前途的等离子体材料的应用在这个制度。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Low Threshold Two-Dimensional Annular Bragg Lasers
在室温下，采用径向布拉格反射器的环形谐振腔在通信波长的激光脉冲光泵浦下被证明。亚毫瓦泵浦阈值水平观察到0.5-1.5波长宽的半径为7-8毫米的缺陷的谐振器。谐振器模式场的品质因数估计是在几千的顺序。电磁场被示出为由缺陷引导。测量和计算的光谱之间的良好协议。
2004-09-14 physics.optics
Spectral noise in quantum frequency down-conversion from the visible to the telecommunication C-band
本文详细研究了基于差频产生的可见光-电信光子频率转换器的噪声特性。该器件使用930 nm的强泵浦激光，在周期性极化的锂离子酸盐脊波导中将580 nm的光子转换为1541 nm。在泵浦功率为250 mW时，器件效率最高可达46%（内效率为67%）.详细研究了抽运激光器产生的噪声，记录了在电信和可见光区的噪声谱，并测量了噪声率的功率依赖性。电信中的噪声频谱非常宽，正如以前对类似DFG转换器的工作所预期的那样。然而，我们也观察到电信频谱中的几个狭窄的下降，在580 nm噪声频谱中出现相应的峰值。这些特点的解释和频率产生的电信噪声的波长由波导中的不同空间模式的相位匹配条件。建议的噪声模型是在良好的协议与所有的测量数据，包括功率依赖的噪声率，无论是在可见光和电信制度。这些结果适用于泵浦激光波长在输入和目标波长之间的DFG转换器。
2019-02-07 physics.optics quant-ph
An achromatic metafiber for focusing and imaging across the entire telecommunication range
色散工程对包括光纤器件在内的大多数现代光学系统的性能至关重要。即使用于内窥镜应用的米级单模光纤的色散可以忽略不计，位于光纤端面上用于光学聚焦和成像的光学透镜也会遭受强烈的色差。在这里，我们提出了在单模光纤端面上的3D消色差衍射超透镜的设计和纳米打印，能够在整个近红外电信波长波段范围从1.25到1.65 μ m进行消色差和偏振不敏感聚焦。这代表了商业上使用的光纤的整个单模域。3D纳米柱亚原子中的未锁定高度自由度极大地将消色差超透镜的时间带宽积的上限增加到21.34，从而导致跨越-8到14 fs的宽群延迟调制范围。此外，我们展示了使用我们的紧凑和灵活的消色差超光纤的光纤共焦成像，能够在宽带光照明下创建清晰的图像。这些结果可能会释放光纤超光学的全部潜力，广泛的应用，包括高光谱内窥镜成像，飞秒激光辅助治疗，深部组织成像，波长复用光纤通信，光纤传感和光纤激光器。
2022-01-20 physics.app-ph physics.optics
Optical injection locking of white light cavity based superluminal lasers
Tel-Aviv University（特拉维夫大学）；Northwestern University（西北大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
该研究分析白光腔（WLC）激光器的光注入锁定特性，推导其稳态锁定范围与动态阿德勒方程，发现其锁定范围和动态响应速度均显著优于传统激光器，具有潜在应用价值。
2026-08-25 physics.optics
Atomic layer graphene as saturable absorber for ultrafast pulsed lasers
单层石墨烯的光学电导仅由精细结构常数定义。已预测吸光度与频率无关。原则上，由于泡利阻塞，零能隙石墨烯中的带间光吸收在强激发下容易饱和。在这里，我们演示了使用原子层石墨烯作为可饱和吸收体在锁模光纤激光器中产生的超短孤子脉冲（756 fs）在电信波段。通过改变石墨烯的厚度，可以在66.5%至6.2%的宽范围内调节调制深度。我们的研究结果表明，石墨烯薄膜是潜在的有用的光学元件在光纤激光器。石墨烯作为激光锁模剂具有许多优点，例如较低的饱和强度、超快的恢复时间、可调调制深度和宽带可调谐性。
2009-10-30 physics.optics
Ultrafast modelocked nonlinear micro-cavity laser
超短脉冲激光器通过锁模现象工作，50年来在我们社会的许多方面发挥了重要作用，例如我们交换信息，测量和诊断疾病，加工材料和许多其他应用。锁相的能力，最近开发的高品质谐振器的模式，以证明光梳，将允许锁模激光器受益于其高光谱质量，以实现新的来源，如精密光学时钟的应用计量，电信，微芯片计算，和许多其他领域。我们展示了第一个基于微腔谐振器的锁模激光器。它通过一种新的锁模方法，我们称之为滤波器驱动（FD）四波混频，是基于CMOS兼容的高品质因数微环谐振器。它实现了稳定的自启动振荡，振幅噪声可以忽略不计，在100 kHz的重复频率，和频谱线宽远低于130 kHz。
2014-04-22 physics.optics
All-optical transistor action by off-resonant activation at laser threshold
可行的全光数据处理系统的发展对计算和电信行业都具有巨大的重要性，但器件实现仍然难以捉摸。在这封信中，我们提出了一种创新的机制，作为所有光学晶体管动作的基础。详细地说，它是确定的光学泵浦系统，操作刚好低于激光阈值，可以表现出极大地增强输出的应用程序的非共振光束的足够的强度。分析了基本的非线性光学机制的电动力学，进行了模型计算，并以图形方式说明了结果。
2009-10-06 physics.chem-ph physics.optics
Low temperature spectrum of a fiber loop laser
基于光纤的多波长激光器在电信和气象学中具有各种重要应用。实验研究了一种集成掺铒光纤（EDF）的光纤环形激光器。输出光谱作为EDF温度的函数进行测量。我们发现，低于约$10\unit{% K}$的临界温度下，所测量的光谱表现出一系列窄的和不等间距的峰。讨论了峰值波长和素数序列之间的有趣联系。一个假设，这属性梳形成模间耦合，进行了探讨。
2022-12-04 nlin.PS physics.optics quant-ph
High-speed laser writing of structural colors for full-color inkless printing
在实际应用中，同时实现宽色域、高分辨率、高速而低成本的可制造性、长期稳定性以及结构色的视角独立性是一个艰巨的挑战。传统的纳米纤维技术已不能满足低成本、大规模和柔性制造的要求。通过超短激光器进行处理可以实现极高的吞吐量，同时具有15% sRGB或角度相关颜色的窄色域。在这里，我们展示了一个多合一的解决方案，超快激光产生的结构色的混合薄膜，包括吸收TiAlN层涂层上的金属TiN层。在脉冲激光辐照下，TiAlN薄膜表面的光热氧化对TiAlN-TiN杂化薄膜的吸收行为进行了调控。氧化膜表现出双共振吸收，这是由于在氧化物-TiAlN界面，并在TiAlN-TiN界面的非平凡的相移。通过改变累积的激光能量密度来调制氧化深度，获得了前所未有的90%sRGB大色域。我们的高重现性印刷技术表现出角度不敏感的颜色，当视角从6度变化到60度时，色调的变化<0.14pi。全彩色打印速度达到1.4 cm 2/s，最高打印分辨率超过25000 dpi。激光打印颜色的耐久性通过牢度测试确认，包括盐雾、双85、光漂白和附着力测试。这些特点使我们的技术在高通量工业应用中具有竞争力。
2022-07-08 physics.optics
WS2 as a saturable absorber for ultrafast photonic applications of mode-locked and Q-switched lasers
该研究制备液相剥离WS2纳米片并嵌入PVA薄膜，验证其1550 nm波段可饱和吸收及在光纤激光器中的稳定锁模与调Q性能。
2014-11-21 physics.optics
On-chip Lithium Niobate Heterogeneous Photonic Crystal Nanocavity Laser
本文在掺铒薄膜铌酸锂上制备异质光子晶体纳米束腔，首次实现亚微米模式体积、低阈值（163 μW）的单模片上激光器，为C波段集成光源提供新方案。
2023-12-25 physics.optics
Seismic monitoring using the telecom fiber network
本文利用陆基电信光纤进行激光干涉测量，通过1.5年连续数据验证了该技术检测不同震级地震的能力，建立了检测概率与震级、距离的关系，证明其可用于日常地震监测。
2024-07-08 physics.geo-ph physics.ins-det physics.optics
Fabrication of Ge2Sb2Te5 metasurfaces by direct laser writing technique
我们实验证明，利用激光直写技术在玻璃和蓝宝石衬底上制备的200 nm厚的Ge_2Sb_2Te_5薄膜上可调谐的高对比度周期性渔网超颖表面具有3 μ m的周期。我们发现，使用蓝宝石衬底提供了更好的准确性，由于高的导热性的超颖表面段。所证明的方法的优点在于它的简单性，快速性，鲁棒性，以及制造结构的调整能力。这对于创建用于电信和信息处理领域中的应用的鲁棒且可调的元表面至关重要。
2020-12-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Laser transfer and retrieval via nanophotonic supercontinuum process
本研究提出基于纳米光子超连续谱四波混频的新型光学计量方案，实现激光在超连续谱边带的任意传输与光波形直接检索，可揭示孤子高阶动力学特性，提升信噪比，推动片上光检测发展。
2025-05-18 physics.optics
Dissipative Kerr solitons in semiconductor ring lasers
耗散克尔孤子是克尔效应与色散相互作用产生的自组织光波。它们可以自发地形成在非线性微谐振器泵浦的外部连续波激光，这提供了一个超稳定的频率梳的扩散的参数增益。这些小型化和电池驱动的微梳已经成为精密计量，宽带电信和超快光学测距的颠覆性技术。在这项工作中，我们报告的第一个实验观察到的耗散克尔孤子中产生的环形腔与快速半导体增益介质。环形腔的中等品质因数由量子级联激光器的巨大共振克尔非线性补偿，其比Si3N4大一百万倍以上。通过对腔体色散的控制，我们在中红外波段观察到了明亮的耗散克尔孤子的形成。孤子的形成是在环形腔两个激射方向之间的对称性突然破缺之后出现的。孤子的泵浦场是由直接电驱动产生的，非常类似于在无源微梳中观察到的孤子切伦科夫辐射。两种独立的技术揭示了孤子的波形和相干性，并确认了约3 ps的脉冲宽度。我们的研究结果扩展了孤子微梳的光谱范围到中红外波长，并将导致集成，电池驱动和交钥匙光谱仪的分子指纹区域。
2021-06-09 physics.optics
Femtometer-resolved simultaneous measurement of multiple laser wavelengths in a speckle wavemeter
光学科学的许多领域都需要精确测量光谱。基于激光散斑的器件可实现紧凑的波长测量，对于单波长激光场，其灵敏度可达到阿托米级。使用这种方法测量多模光谱将是有吸引力的，但目前这仅限于皮米分辨率。在这里，我们提出了一种方法，以提高分辨率和精度的散斑为基础的多波长测量。我们同时测量多个波长，在一个设备，包括一个单一的1米长的阶跃折射率多模光纤和快速相机。独立的波长分离为1 fm的检索精度为0.2 fm，使用主成分分析。该方法提供了一种可行的方法来测量包含多条单独谱线的稀疏光谱，并且可能在便携式量子技术和光学电信等领域中的多个激光器的跟踪中找到应用。
2019-10-29 physics.ins-det physics.optics
Frequency-modulated comb in a VECSEL
基于锁模激光器的光学频率梳已经彻底改变了许多科学和技术领域，例如精密计量、光学频率合成或电信。近年来，在边发射半导体激光器中观察到一种特殊的频率梳，其中纵向激光模式之间的相位差是固定的但不为零。这导致在时域中具有几乎恒定强度的线性啁啾输出。在这里，通过使用相干拍音光谱，我们表明，这样的梳状政权也可以存在于垂直外腔面发射激光器（VECSEL），证明了激光光谱的特定部分。我们的研究结果不仅可以更好地理解调频梳的物理特性，而且还可以使梳应用具有高的光功率每梳线和灵活的发射波长。
2020-12-18 physics.app-ph physics.optics
Visible light photonic integrated Brillouin laser
窄线宽可见光激光器对于包括原子钟、量子计算、原子和分子光谱以及传感的原子、分子和光学（AMO）应用是关键的。历史上，这种激光器是在桌面规模上实现的，使用稳定到大光学参考腔的半导体激光器。高光谱纯度可见光源的光子集成将使实验的复杂性和规模增加。受激布里渊散射（SBS）是实现高相干性片上可见光激光发射的一种很有前途的方法。虽然在电信波长的集成SBS激光器方面取得了进展，但将这种性能转化为可见光的障碍仍然存在，即在超低光损耗光子学中实现布里渊有源波导。我们已经克服了这一障碍，展示了第一个可见光光子集成SBS激光器，它工作在674 nm，以解决88 Sr+光时钟跃迁。为了指导激光器的设计，我们使用多物理场模拟和布里渊光谱相结合，在2米的螺旋波导，以确定25.110 GHz的一阶斯托克斯频移和290 MHz的增益带宽。该激光器在半径为8.9 mm的氮化硅全波导谐振腔中实现，每米损耗为1.09 dB，Q值为55.4百万。激光被证明，与片上14.7 mW的阈值，45%的斜率效率，和线宽变窄的泵从低于阈值增加到269 Hz。为了说明这种设计的波长灵活性，我们还展示了在698 nm的激光，在中性锶的光时钟跃迁的波长。这种基于波导的光子集成SBS激光器的演示在可见光范围内工作，并且减小了尺寸和对环境干扰的敏感性，显示了各种AMO应用的前景。
2021-02-19 physics.optics
Agile laser wavelength tuning using dynamic targeting
本文将原本用于光反馈下稳定激光器的动态靶向技术用于实现敏捷连续波长调谐，实验实现2.1 GHz可重复调谐，仿真显示调谐范围可扩展至数十GHz、扫描速度超过10^17 Hz/s。
2025-06-03 nlin.CD physics.optics
Dual-laser self-injection locking to an integrated microresonator
半导体激光器自注入锁定高品质因数谐振腔回音壁模是一种广泛应用的激光线宽窄化和高频噪声抑制方法。SIL已经被用于超低噪声光子微波振荡器和孤子微梳产生的演示，并具有广泛的应用前景。到目前为止，SIL仅用单个激光器进行了演示。然而，多频和窄线宽激光源在现代电信系统、量子技术和微波光子学中有很高的需求。在这里，我们实验证明了两个多频激光二极管的双激光SIL集成硅$_3$ N $_4$微谐振器的不同模式。同时光谱崩溃的两个激光器，以及线宽变窄和高频噪声抑制，以及强的非线性相互作用的两个领域与对方，观察。将两个激光器锁定到相同的模式导致同时的频率和相位稳定以及它们的输出的相干相加。此外，我们提供了一个全面的双SIL理论，并研究了在微谐振器中的非线性效应所造成的激光对彼此的影响。
2022-01-06 physics.optics quant-ph
Laser Nano-Filament Explosion for Enabling Open-Grating Sensing in Optical Fibre
将强光子阻带嵌入到可以直接访问和感知外部环境的传统光纤中具有挑战性，依赖于繁琐的纳米处理步骤，导致脆弱的薄纤维。超短脉冲激光丝最近提供了在块状透明玻璃内打开高纵横比纳米孔的非接触方式。这种方法已扩展到光纤，导致高密度阵列的激光衍射孔横向穿透二氧化硅包层和引导芯，以提供高折射率对比度布拉格光栅在电信波段。将逐点制造与后化学蚀刻相结合，以直接在紧凑且灵活的光纤内部设计强光子阻带。光纤布拉格光栅与尖锐解决π位移的高分辨率折射率传感从n = 1至1.67的纳米孔很容易润湿，并通过一个完整的光纤包层填充各种溶剂和油。
2020-11-30 physics.app-ph physics.optics
High-performance lasers for fully integrated silicon nitride photonics
具有超低光损耗的氮化硅（SiN）波导实现了集成光子应用，包括低噪声、窄线宽激光器、芯片级非线性光子学和微波光子学。激光器是SiN光子集成电路（PIC）的关键部件，但是由于它们与高折射率III-V增益材料的大失配，难以与低折射率SiN波导完全集成。最近的多层异质集成演示提供了一个实用的解决方案，并使第一代激光器与SiN波导完全集成。然而，在光子学应用聚集的电信波长处具有高器件成品率和高输出功率的激光器仍然缺失，受到大的模式转换损耗、非优化的腔设计和复杂的制造工艺的阻碍。在这里，我们报告了SiN上的高性能激光器，通过SiN波导和亚kHz基本线宽输出数十毫瓦，解决了所有上述问题。我们还表明，赫兹级的线宽激光器是可以实现的集成技术。这些激光器与高$Q$ SiN谐振器一起，标志着迈向全集成低噪声氮化硅光子平台的里程碑。这种激光器应该在激光雷达，微波光子学和相干光通信中找到潜在的应用。
2021-04-17 physics.app-ph physics.optics
Optical frequency synthesis and measurement using fibre-based femtosecond lasers
我们报告了在1543 nm附近的电信窗口中的超精确和极其稳定的光频率的合成和测量。使用基于光纤的飞秒频率梳，我们已经将194 THz的光纤激光器相位稳定到344 THz的光学频率标准，从而将光学频率标准的特性转移到另一个光谱区域。相对于光频标，194 THz的合成频率被确定为在1 mHz以内，并且其分数频率不稳定性被测量为在1 s时小于2*10^{-15}，在8000 s后达到5*10^{-18}。我们还针对铯喷泉钟测量了合成频率：这里频率比较本身对不确定性的贡献小于4 mHz（2*10^{-17}）。我们的研究结果证实了基于光纤的频率梳技术的适用性，用于精确测量和频率合成，并通过使用光纤传输频率信息，使远距离比较的光学时钟。
2008-09-19 physics.atom-ph physics.optics
Microfiber-based few-layer black phosphorus saturable absorber for ultra-fast fiber laser
少层黑磷（BP）由于其与石墨烯相似的结构和厚度依赖的直接带隙，成为最具吸引力的石墨烯类似物，现已引发了基于光子学和光电子学的二维（2D）材料研究的新浪潮。然而，激光诱导光学损伤的不稳定性是少层BP实际应用的主要障碍。在这里，我们证明，通过液体剥离方法制造的少层BP，可以通过沉积具有微纤维的少层BP而发展为一种新的和实用的可饱和吸收体（SA）。通过在电信波段的开孔z扫描测量验证了少层BP的可饱和吸收特性，并且发现基于微纤维的BP器件显示出约4.5 mW的可饱和平均功率和10.9%的调制深度，这通过平衡双检测测量进一步证实。进一步将该器件集成到掺铒光纤激光器中，得到了中心波长在1532 ~ 1570 nm范围内可调、脉宽为940 fs的锁模脉冲。由于这种基于微纤维的少层BP SA器件，通过“横向相互作用方案”防止BP氧化可能部分减轻BP的光学损伤问题。我们的研究结果不仅表明黑磷可能是另一种有前途的超快光子学SA材料，而且还提供了一个实用的解决方案，以解决黑磷的光学损伤问题，通过组装波导结构，如微光纤。
2015-05-13 physics.optics
Satellite Quantum Communication via the Alphasat Laser Communication Terminal
通过利用量子效应，我们现在可以使用原则上被证明可以抵御任何可能的攻击的加密技术。这些迷人的量子特性已经在世界各地的城域量子网络中实现。为了长距离连接这种网络，光学卫星通信是首选的方法。标准电信组件允许通过测量场求积（连续变量）有效地实现量子通信。这为我们的激光通信终端（LCT）适应量子密钥分发（QKD）提供了可能性。第一次卫星测量活动目前正在验证我们的方法。
2015-10-15 cs.CR cs.ET physics.ao-ph
Opto-mechanical expulsion of individual micro-particles by laser-induced shockwave in air
本文通过光镊实验定量测量了激光成丝诱导冲击波对单个气溶胶微粒的声学力，证明在距光丝1.5至5.5 mm处仍能产生500 pN至8 nN的排斥力，揭示了远距离清除机制。
2022-08-03 physics.app-ph physics.optics
Temporal solitons in active optical resonators
本文综述了主动光学谐振腔中时间孤子的研究，重点介绍了量子级联激光器作为有前景的孤子技术，并探讨了从法布里-珀罗腔到跑道型器件的多种架构，展示了该领域的最新进展与未来方向。
2024-08-20 physics.optics
Brillouin-Mandelstam scattering in telecommunications optical fiber at millikelvin temperatures
本文测量标准通信光纤在50 mK至27 K下的布里渊散射谱，首次观察到毫开尔文温区相干声学声子与两能级系统的相互作用。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Long-distance remote comparison of ultrastable optical frequencies with 1e-15 instability in fractions of a second
我们展示了一个完全光学，长距离的远程比较独立的超稳定的光频率达到短期的稳定性，优于任何报告的远程比较的光频率。我们使用两个超稳定激光器，它们相隔超过50公里的地理距离，并通过商业电信网络中73公里长的相位稳定光纤进行比较。远程表征跨越一个以上的光学倍频程，并在0.1 s内达到3e-15的独立超稳激光系统之间的分数频率不稳定性。在100 ms时实现的性能代表了一个数量级的改进，以任何以前报道的远程比较的光频率，并使未来的远程传播的稳定性100兆赫线宽激光器在几秒钟内。
2010-09-17 physics.gen-ph physics.optics
High Speed Precise Refractive Index Modification for Photonic Chips through Phase Aberrated Pulsed Lasers
提出一种结合非热态与热态优势的光子芯片折射率修饰方案，通过操控球面像差重分配脉冲能量，实现20 mm/s高速、16 x 10-3高对比度及任意截面高精度制造。
2023-07-26 physics.app-ph physics.optics
Frequency-agile dual-comb spectroscopy
我们提出了一种新的方法，近红外分子光谱学，利用先进的概念，光通信和超连续光子学。我们产生，没有锁模激光器，两个频率梳略有不同的重复频率和温和的，但迅速可调，光谱跨度。频率捷变连续波激光器的输出被分离并发送到两个电光强度调制器。平顶低噪声频率梳是由正常色散的非线性光纤中的波破碎产生的。使用双梳状谱仪，我们在13微秒内记录了跨越60 GHz的多普勒限制谱，刷新率为80 kHz，调谐速度为10 nm.s^（-1）。通过长的充气空芯光纤增强了对弱吸收的灵敏度。
2015-05-27 physics.chem-ph physics.optics
SI-traceable frequency dissemination at 1572.06 nm in a stabilized fiber network with ring topology
在相位稳定光纤网络中进行频率传播，用于频率比较和精确测量，是克服卫星技术限制的有希望的候选方案。然而，网络约束限制了常用C波段中专用信道的可用性。在这里，我们展示了传播的SI可追踪的超稳定的光频率在L波段的456公里的光纤网络与环形拓扑结构，其中电信数据流量占据了整个C波段。我们表征的光学相位噪声和评估的链接不稳定性的$4.7\cdot 10^{-16}$在1秒和$3.8\cdot 10^{-19}$在2000秒的积分时间，和链接的准确性$2\cdot 10^{-18}$，这是在C波段现有的计量网络相媲美。我们通过在远程实验室中建立激光的SI可追溯性来演示传播频率的应用。最后，我们表明，我们的双频不干扰电信信道中的数据流量。我们的方法结合了一个非常规的频谱选择在电信L波段与既定的频率稳定技术，提供了一种新颖的，具有成本效益的解决方案，超稳定的频率比较和传播，并可能有助于一个全球性的无线网络的基础。
2021-04-19 physics.ins-det physics.optics
Low threshold anti-Stokes Raman laser on-chip
基于集成二氧化硅回音壁模式谐振腔的拉曼激光器已经实现了从电信到生物检测的许多应用。为了克服二氧化硅固有的低拉曼增益值，这些器件利用其超高的品质因数（Q），允许实现亚mW受激拉曼散射（SRS）激光阈值。受激反斯托克斯拉曼散射（SRS）是与SRS密切相关的非线性行为。该非线性光学过程将泵浦光子与SRS光子组合以生成上转换光子。因此，为了实现SARS，SRS过程的效率必须很高。因此，由于这些器件的低激光效率，在片上谐振腔中实现SARS具有挑战性。在本工作中，金属掺杂的超高Q（Q>107）的二氧化硅微腔阵列的芯片上制作。金属掺杂剂在改善器件性能方面起着多种作用。它增加了腔体材料的拉曼增益，并减小了光模面积，从而增加了循环强度。因此，这些器件的SRS激光效率比传统的二氧化硅微腔大10倍以上，同时保持低激光阈值。这种组合使SARS能够产生亚mW的输入功率和显着提高反斯托克斯拉曼激光效率。
2019-07-04 physics.app-ph physics.optics
Laser-induced spectral diffusion of T centers in silicon nanophotonic devices
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文研究硅光子晶体微腔中T中心的光学光谱扩散，通过时间相关测量发现黑暗中频率可稳定至3 ms，而低于硅带隙的激光脉冲是导致线宽展宽的主要机制，为不可区分光子产生提供了材料和反馈策略指导。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Temporal solitons in optical microresonators
耗散孤子可以出现在光学、医学和生物学等领域的各种耗散非线性系统中。在克尔非线性光学谐振腔中也可以存在耗散孤子，并且耗散孤子一方面依赖于参量增益和谐振腔损耗之间的双重平衡，另一方面依赖于非线性和衍射或色散之间的双重平衡。从数学上讲，这些孤子是Lugiato-Lefever方程的解，并且存在于连续波（cw）背景之上。本文报道了在高Q光学微谐振腔中观测到的时间耗散孤子。当抽运激光通过高Q谐振的有效零失谐点时，自发产生孤子，从而实现有效的红失谐抽运。红失谐泵浦标志着非线性微谐振器的一种全新的工作方式。虽然通常是不稳定的，但在没有任何主动反馈的情况下，该机制在孤子存在下获得了唯一的稳定性。谐振腔中孤子的数量可以通过泵浦激光失谐来控制，并且孤子状态之间的跃迁与谐振腔传输中的不连续步骤相关联。除了能够研究孤子物理，如孤子晶体，我们的观察打开了通往紧凑，高重复率飞秒光源，其中工作波长不受宽带激光增益介质的可用性的路线。单孤子状态在频域中对应于具有平滑频谱包络的低噪声光学频率梳，这对于宽带光谱学、电信、天文学和低相位噪声微波产生中的应用至关重要。
2013-06-27 physics.optics
Compact and high-precision wavemeters using the Talbot effect and signal processing
激光波长的精确知识对于从光谱学到电信的应用至关重要。在这里，我们提出了一个波长计的塔尔博特效应。音调参数提取算法被用来检索在采样的Talbot干涉图中获得的周期性信号的频率。理论性能分析的基础上的Cramér-Rao下限（CRLB）以及实验结果，并进行了讨论。利用该方案，我们实验证明了一个紧凑的和高精度的波长计与低于10 pm的单次估计的不确定性下的3- $σ$标准约780 nm。
2019-07-21 physics.ins-det physics.optics
Free spectral range electrical tuning of a high quality on-chip microcavity
可重构光子电路的应用范围从下一代计算机架构到量子网络、相干雷达和光学超材料。然而，完全的可重构性目前仅在毫米级器件尺寸上是可行的。在这里，我们克服了这个障碍，开发了一个片上高品质的微腔谐振，可以在整个自由光谱范围（FSR）的电调谐。FSR调谐允许与任何源或发射器谐振，或在任何数量的网络微腔之间谐振。我们通过将纳米电子驱动与强大的光机械相互作用相结合来实现它，从而产生高度应变依赖的有效折射率。这允许低电压和亚千瓦功耗。我们展示了一个基本的可重构光子网络，使微腔谐振与任意模式的微环形光腔跨越电信光纤链路。我们的研究结果具有超越光子电路的应用，包括广泛可调谐的集成激光器，用于电信和天文学的可重构光学滤波器，以及片上传感器网络。
2018-06-20 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Bifurcation analysis of the Yamada model for a pulsing semiconductor laser with saturable absorber and delayed optical feedback
半导体激光器表现出丰富的动力学，从恒定光束的发射到周期性振荡和激发性。自脉冲机制，即激光周期性地释放短脉冲光，对于从材料科学到电信的许多应用都特别有趣。自脉冲机制需要非常有规律地产生脉冲，因此，它们也已知对扰动（诸如噪声或光注入）特别敏感。研究了延迟光反馈对可饱和吸收体自脉冲半导体激光器动力学特性的影响。更确切地说，我们认为山田模型延迟-三个延迟微分方程（DDE）的两个慢变量和一个快变量的系统-已被证明是准确地再现自脉冲的功能，在SLSA实验观察。这个模型也是更广泛的兴趣，因为它是相当密切相关的其他自脉冲系统，如可兴奋尖峰神经元的数学模型。本文对具有时滞的Yamada模型进行了数值分岔分析，其中我们同时考虑了反馈时滞、反馈强度和泵浦强度作为分岔参数。我们发现，当反馈延迟从零开始增加时，系统动力学的复杂性迅速增加。特别是，有新的反馈诱导动力学：稳定的准周期振荡环，以及一个很大程度的多稳定性，多达五个脉冲状稳定的周期性解决方案，具有不同的振幅和重复率。在增益和强度上的扰动平面中的吸引子映射揭示了不同吸引盆地的康托集状混合结构。这表明，在实践中，多稳态激光器对小扰动极其敏感。
2016-12-15 nlin.CD physics.optics
Tailoring of the luminescent ions local environment in optical fibers, and applications
这一章是在纤维材料科学和技术领域（特别是处理玻璃纤维成分和发光离子掺杂，透明玻璃陶瓷光纤），以及应用，如光纤激光器和放大器。本文综述了稀土和过渡金属掺杂硅基光纤的研究进展，旨在了解它们的光谱特性，特别是它们的一些光学跃迁特性，这些特性将使它们具有有趣的和可替代的应用。与替代的低温材料相反，选择二氧化硅是出于实用和经济的原因。选定的RE和TM离子的研究，既作为探针的本地环境和他们的应用潜力。在本章中，我们将重点放在铒（Er）离子的潜在光谱“剪裁”的增益曲线在1.55 $μ$ m，铥（Tm）作为本地环境探针沿两个近红外跃迁约0.8和1.47 $μ$ m，和铬（Cr）的灵敏度的化合价和光谱的玻璃组合物和其潜在的可饱和吸收激光器。我们将介绍一些关于局部环境对掺杂剂影响的广泛研究：等（但不限于）相同性质（Tm-Tm）或不同性质（Yb-Tm）的稀土离子之间的能量转移机制，局部声子能量对Tm离子发射效率的影响，在制造过程中原位生长的氧化物纳米颗粒引起的Er离子发射的加宽，这些影响的知识是必不可少的光子学应用，许多研究正在进行中或仍然需要在这一领域。一些应用程序，可以受益于材料的基础研究的潜力也进行了数值研究：0.8- $μ$ m掺铥光纤激光器，所谓的S波段（1.47 $μ$ m）的通信和激光应用掺铥放大器，敏化的Tm基器件使用镱敏化离子。
2012-01-05 physics.optics
Resonance vector mode locking
作为超稳定脉冲训练源的锁模光纤激光器通过提供高峰值功率、高重复率、飞秒范围脉冲宽度和窄线宽而使广泛的基础和应用研究领域发生了革命性变化。然而，线宽变窄的进一步进展似乎受到载波包络相位控制的复杂性的限制。在这里，我们第一次从实验和理论上证明了一种新的共振矢量自锁模机制，其中调谐腔内双折射导致纵模边带的激发，并伴随着与相邻纵模的边带的共振相位锁定。与声学声子的额外谐振提供了重复率可调谐性和线宽缩小到Hz范围，这大大降低了载波包络相位控制的复杂性，因此将为在计量学，光谱学，微波光子学，天文学和电信应用中推进激光器开辟道路。
2015-08-23 nlin.PS physics.optics
High-resolution and broadband all-fiber spectrometers
光纤的发展使长距离宽带传输的损耗最小，从而彻底改变了电信业。反过来，高质量低成本光纤的普及使许多其他应用成为可能，包括光纤传感器，光纤激光器和成像光纤束。最近，我们表明，多模光纤也可以作为一个光谱仪通过测量波长相关的散斑图案形成的导模之间的干涉。在这里，我们使用100米长的多模光纤在波长1500 nm处达到1 pm的创纪录分辨率，优于最先进的光栅光谱仪。我们还用4cm长的光纤实现了宽带操作，覆盖400 nm - 750 nm，分辨率为1 nm。该光纤光谱仪由体积小的光纤和记录散斑图的单色相机组成，结构紧凑、重量轻、成本低，同时具有高分辨率、宽带宽和低损耗等优点。
2014-06-11 physics.optics
The universality of filamentation-caused challenges of ultrafast laser energy deposition in semiconductors
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Laboratoire Hubert Curien, Université Jean Monnet（让·莫内大学于贝尔·居安实验室）；First Light Imaging S.A.S.（第一束光成像有限公司）；Institute of Electronic Structure and Laser (IESL), Foundation for Research and Technology—Hellas (FORTH)（希腊基础研究与技术基金会电子结构与激光研究所）；University of Crete（克里特大学）；Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）
本研究证明纤维化普遍决定了各种半导体中超快激光脉冲的传播，通过提取关键非线性参数的时间尺度定律，提出时间-频谱成型优化能量沉积，为半导体内部选择性定制奠定基础。
2025-04-21 nlin.AO nlin.PS physics.app-ph
Fiber to Chip Fusion Splicing for Robust, Low Loss Photonic Packaging
硅光子器件有望进入数据通信、电信、生物传感和光学相控阵等大规模市场;然而，将光纤永久连接到具有高光学效率的光子芯片仍然是一个挑战。我们提出了一个强大的和低损耗的封装技术的光纤和芯片之间的永久光学边缘耦合使用熔融拼接，这是低成本和可扩展到大批量生产。我们用CO $_2$激光器将SMF-28切割光纤熔接到芯片上，并用光学粘合剂对其进行加固。在1480 nm-1640 nm的160 nm带宽上，我们证明了每面1.0dB的最小损耗和0.6dB的损失。
2018-10-03 physics.app-ph physics.optics
Characterization of noise regimes in Mid-IR free-space optical communication based on quantum cascade lasers
量子级联激光器（QCL）的最新发展代表了部署在中红外（Mid-IR）波长范围内工作的新型自由空间光学（FSO）通信系统的最大机会之一。与利用电信范围的更常见的FSO系统相比，中红外系统中采用的更大波长在不利的大气条件下提供了特殊的好处，因为降低的散射率强烈抑制了雨、灰尘、雾和霾的存在对FSO链路长度的不利影响。在这项工作中，我们使用了一种新的FSO测试平台在\SI{4.7}{\micro m}，提供一个详细的实验分析的噪声制度，可能会发生在现实的FSO中红外系统的基础上QCL。我们的分析揭示了存在两个不同的噪声区域，对应于不同的现实信道衰减条件，这是精确控制在我们的设置。为了将我们的结果与真实的室外配置相关联，我们将实验数据与大气信道损耗模型的预测相结合，发现在1 km的低能见度条件下，有效距离可达8 km，可以实现无差错通信。我们对噪声机制的分析对于基于中红外QCL光源的新型远程FSO通信系统的发展具有重要意义
2022-07-14 cs.SY eess.SP eess.SY
Three-dimensional integration enables ultra-low-noise, isolator-free Si photonics
虽然光子集成电路（PIC）被广泛应用于电信和数据中心互连等应用中，但能够在高精度、高相干应用中取代大体积光学器件和光纤的PIC将需要超低噪声激光源与其他光子元件以紧凑和稳健的对齐格式集成在一起，即在单个芯片上。这种PIC可以为复杂的功能和批量生产提供卓越的可扩展性，并随着时间的推移提高稳定性和可靠性。然而，有两个主要问题阻碍了这种设想的PIC的实现：半导体激光器的高相位噪声，以及直接在芯片上集成光隔离器的困难。尽管PIC在尺寸、重量、功耗和成本（SWaPC）方面具有优势，但在微波合成器、光学陀螺仪和原子钟等光学系统中，它们仍然被认为是较差的解决方案。在这里，我们通过在硅光子学中引入三维（3D）集成来挑战这一惯例，从而实现超低噪声、无隔离器的PIC。通过多个单片和异构处理序列，直接片上集成的III-V增益和超低损耗（UWB）氮化硅（SiN）波导的光损耗约为0.5 dB/m。因此，演示的PIC进入一个新的制度，这样一个集成的超高Q腔降低激光噪声接近光纤激光器。此外，该腔充当任何下游片上或片外反射引起的不稳定的有效阻挡，从而消除了对光学隔离器的需要。我们进一步展示了无隔离器，广泛可调，低噪声，外差微波发电使用两个超低噪声激光器在同一个硅芯片。
2023-01-19 physics.app-ph physics.optics
Phase-coherent lightwave communications with frequency combs
光纤网络是社会中至关重要的电信基础设施。波分复用允许在光纤带宽上传输并行数据流，相干检测允许使用复杂的调制格式和信号损伤的电子补偿。在未来，光频梳可能会取代用于不同波长信道的多个激光器。我们展示了两个新的信号处理方案，利用光频梳的宽带相位相干性。该方法允许对相干通信系统中的光相位噪声进行更有效的估计和补偿，这可以显著地简化信号处理或提高传输性能。随着空分复用和芯片级频率梳源的进一步发展，这些发现为紧凑型节能光收发器铺平了道路。
2019-05-13 eess.SP physics.optics
High-Q Si3N4 microresonators based on a subtractive processing for Kerr nonlinear optics
微谐振器频率梳（微梳）在频率合成和测量中有着新的应用，从高速激光测距到相干光通信。决定微梳性能的一个关键参数是微谐振器的光学品质因数（Q）。在诸如氮化硅（Si3N4）的平面结构中制造的微谐振器允许色散工程以及将微梳与其他光子器件单片集成的可能性。然而，色散工程所需的相对大的折射率对比度和严格的光学限制使得使用标准的减法处理方法获得Qs > 10 000 000的Si3N4微谐振器具有挑战性。在这项工作中，我们实现了超光滑的氮化硅微谐振器，其平均固有Q值约为1100万。横截面的几何形状可以精确地设计在电信频段，以实现正常或异常的色散，我们演示了锁模暗脉冲克尔梳以及孤子微梳的产生。这样的高Q值使我们能够产生光可检测的重复率，在这里首次证明了使用减法处理方法制造的氮化硅微谐振器的孤子微梳。这些结果增强了微梳与高性能光子器件，如窄线宽外腔二极管激光器，超窄滤波器和解复用器的共集成的可能性。
2019-09-23 physics.app-ph physics.optics
Optically Excited Two-Band Amplified Spontaneous Emission from a High-Current-Density Quantum-Dot LED
基于溶液可加工材料的激光二极管可使包括集成电子和光子学、电信和医疗诊断在内的多种技术受益。用于实现这些器件的有吸引力的系统是胶体半导体量子点（QD）。阻碍量子点激光二极管（QLD）进展的主要挑战是光增益活性多载流子态的快速非辐射俄歇衰减。最近，这个问题已经通过采用连续分级的QD（cg-QD）得到解决，其中俄歇复合被强烈抑制。这些结构的使用允许在多层LED类器件中演示具有电泵浦和光激发激光的光学增益。在这里，我们报告实现下一个关键的里程碑QLD，这是从一个功能齐全的高电流密度电致发光器件的光激发放大自发发射的演示。这种进步已经成为可能，由于优良的光学增益特性的新型“紧凑型”CG-QD和一种新的LED架构，这使得其光学和电学性能的协调优化。这项工作的结果强烈建议的可行性的最后一步的功能QLD，这是演示激光与电泵浦。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
