Narrow linewidth lasing and soliton Kerr-microcombs with ordinary laser diodes
窄线宽激光器和由锁模激光器产生的光学频率梳革新了光学频率计量学。在紧凑型晶体或集成环形光学微谐振器中出现的孤子克尔频率梳为应用开辟了新的视野。然而，这些梳齿，正如自然假设的那样，需要窄线宽的单频泵浦激光器。我们证明了一个规则的多频法布里-珀罗激光二极管自注入锁定到一个光学回音壁模式（WGM）微谐振器可以首先有效地转换为一个单频超窄线宽源，然后相干孤子梳状振荡器与低功耗和进一步集成的可能性。
2018-09-26 physics.optics
Widely FSR tunable high Q-factor microresonators formed at the intersection of straight optical fibers
本研究提出一种在直光纤交叉处形成的新型高Q微谐振器，通过光纤小角度旋转（1-15毫弧度）实现FSR从2皮米到10皮米的宽调谐，具备低应力、易小型化及MEMS集成潜力，可应用于可调延迟线等器件。
2025-04-14 physics.optics
Ultralow-noise microwave oscillator via optical frequency division with a co-self-injection-locked miniature Fabry-Perot reference
National Innovation Institute of Defense Technology, Academy of Military Sciences PLA China（中国人民解放军军事科学院国防创新研究院）；College of Computer Science and Technology, National University of Defense Technology（国防科技大学计算机学院）；College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology（国防科技大学前沿交叉学院）；College of Science, National University of Defense Technology（国防科技大学理学院）；Hunan Research Center of the Basic Discipline for Physical States, National University of Defense Technology（国防科技大学物理状态湖南省基础学科研究中心）
本研究通过结合超高Q微型法布里-珀罗腔与光学共自注入锁定技术，实现了一种超低噪声微波振荡器，适用于下一代通信、雷达和计量学应用。
2026-01-12 physics.optics
Spatiotemporal mode-locking and photonic flywheel in multimode microresonators
耗散克尔孤子（DKS）频率梳-也称为微梳-可以说是在腔非线性光子学中创造了一个新的领域，理论，实验和技术研究之间有很强的交叉作用。时空锁模（STML）不仅为超快激光技术增加了新的自由度，而且为利用光子学实现模拟计算机和启发式优化器提供了新的见解。在这里，我们结合了DKS和STML的原理，首次展示了STML DKS通过开发一个未开发的超高品质因数的法布里-珀罗微谐振器的基础上渐变折射率多模光纤（GRIN-MMF）。利用模间受激布里渊散射，我们可以选择性地激发本征模DKS或STML DKS。此外，我们展示了一个超低噪声的微梳，提高了光子飞轮的基本梳线宽和DKS定时抖动的性能。所展示的基本梳状线宽为400 mHz和DKS的500阿秒的定时抖动分别代表了25倍和2.5倍的改进，从国家的最先进的。我们的研究结果表明，GRIN-MMF FP微谐振器作为一个理想的测试平台，高维非线性腔动力学和光子飞轮的相干性和超低的定时抖动的潜力。
2022-03-19 nlin.PS physics.optics
Polarization exchange of optical eigenmode pair in twisted-nematic Fabry-Pérot resonator
实验证实了均匀扭曲结构和电场变形扭曲结构中的偏振交换效应。在透射峰处输出光的偏振是线性的而不是椭圆的。偏振指向矢的偏振偏转从$0^\circ$角增加到$90^\circ$角，并交换纵向和横向方向。通过电压对谐振器的解扭导致通过谐振器的光的偏振平面的旋转。偏振交换效应允许使用所研究的谐振器作为具有偏振平面的电压控制旋转的光谱选择性线性偏振器。
2017-08-24 physics.optics
Mach-Zehnder interferometer with absorbing Fabry-Pérot cavities
利用具有吸收Fabry-Pérot腔的Mach-Zehnder干涉仪来测量绕垂直轴旋转时的光学相位差。基于以下思想描述了预期实验结果的细节：由于当介质相对于参考系移动时预期发生的材料电导率的变化，导电介质可以引入相位差。实验的细节和结果进行了讨论。
2015-04-03 physics.optics
Unidirectional emission from circular dielectric microresonators with a point scatterer
圆形微谐振器是嵌入在低折射率材料中的微米尺寸的介质盘。它们具有极高的Q因子（低激光阈值）模式，这使它们成为实现微型激光源的理想候选者。然而，它们具有由系统的旋转对称性引起的各向同性光发射的缺点。为了获得高的方向性的发射，同时保持高的Q-因子，我们考虑一个微盘与点状散射体偏离中心放置在磁盘内。我们计算得到的共振模式，并表明，其中一些具有所需的特性。发射主要在与散射体相反的方向上。我们表明，经典的射线光学是一个有用的指导，以优化该系统的设计参数。我们进一步发现，在共振谱中的例外点的影响如何复杂的共振波数的变化，如果系统参数是不同的。
2009-05-14 physics.optics
Frequency splitting of polarization eigenmodes in microscopic Fabry-Perot cavities
我们研究了CO2激光加工的高精细度法布里-珀罗腔中基横模偏振本征模的频率分裂，并研究了腔镜几何形状的影响。它们的高反射表面通常不是旋转对称的，而是沿着两个主轴具有略微不同的曲率半径。我们观察到这种椭圆镜的偏心率提升了偏振本征模的简并度。曲率半径越小，偏心率的影响越大。从修正的近轴谐振腔理论导出的模型与测量结果非常吻合，表明几何效应是这里研究的微腔类型的偏振模式的频率分裂的主要来源。通过围绕腔轴旋转其中一个反射镜，可以调谐分裂。在每个反射镜具有相同的差分相移的情况下，即使每个反射镜的偏心率不为零，也可以消除差分相移。我们希望我们的研究结果有重要的意义，在腔量子电动力学的许多实验中，需要小模体积的法布里-珀罗腔。
2015-01-27 physics.optics
Quantum frequency comb with pump-selectable bin pairing and extraction-aware loading in a lithium niobate microresonator
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Electronics and Telecommunications Research Institute（电子电信研究院）
本文提出一种基于周期性极化铌酸锂光子晶体法布里-珀罗微谐振器的单通泵浦谐振增强量子频率梳源，通过泵浦调谐实现频率仓对确定性选择，并区分本征产生与输出光子对通量，获得高亮度与高符合-偶然比。
2026-07-23 physics.optics
Tunable narrow linewidth chip-scale mid-IR laser
便携式中红外（mid-IR）光谱和传感应用需要可广泛调谐、窄线宽、芯片级、单模光源，而不会牺牲显著的输出功率。然而，没有这样的激光器已被证明超过3 $μ$ m，由于建设可调谐的，高品质因数（Q）的芯片上的腔的挑战。我们展示了一个可调谐的，单模中红外激光器在3.4 $μ$ m使用高Q硅微腔集成加热器和多模带间级联激光器（ICL）。我们表明，ICL的多个纵模崩溃成一个单一的频率通过自注入锁定输出功率为0.4 mW，实现了氧化物包层高约束波导微谐振器的负载Q值为$2.8\times 10^5$。使用集成的微加热器，我们的激光器具有3.4 $μ$ m的54 nm的宽调谐范围与3 dB的输出功率变化。我们进一步测量的上限有效线宽为9.1 MHz的锁定激光器使用扫描法布里-珀罗干涉仪。我们设计的单模激光器的基础上可调谐高Q值微谐振器可以扩展到量子级联激光器在更高的波长，并导致紧凑，便携式，高性能的中红外传感器的光谱和传感应用的发展。
2021-07-26 physics.app-ph physics.optics
Quantum cascade laser Kerr frequency comb
中红外（mid-IR）区（通常是$λ\sim 2.5-20 \ \mathrm{μm}$的波长区）是光谱学的重要光谱范围，因为许多分子在该带中具有其基本旋转-振动吸收。最近，已经使用晶体谐振器和集成平面硅微谐振器产生了在中红外区域开始处基于光学微谐振器的光学频率梳（“克尔”梳）。在这里，我们第一次扩展克尔梳深入到中红外，即“分子指纹”区域。这是通过将基于晶体$\mathrm{MgF_{2}}$的超高品质（Q）因子中红外微谐振器与量子级联激光器（QCL）技术相结合来实现的。使用锥形硫族化物（ChG）光纤和QCL连续波泵浦激光器，产生了在$λ\sim 4.4\ \mathrm{μm}$（即2270 cm $^{-1}$）处的频率梳，其带宽跨越600 nm（即300 cm $^{-1}$），模式间隔为14.3GHz（0.5 cm $^{-1}$），对应于超过700条梳线。克尔梳的形成和谐振器色散的数值模拟预测，甚至更大的带宽和相干操作的孤子制度可以实现的晶体微谐振器的色散工程。超高Q晶体微谐振器和CW QCL源的组合是一个有前途的平台，宽带，紧凑的频率梳源在中红外，这提供了一条路线，紧凑的中红外光谱仪。
2016-03-26 physics.optics
Chip-Scale, Sub-Hz Fundamental Sub-kHz Integral Linewidth 780 nm Laser through Self-Injection-Locking a Fabry-Pérot laser to an Ultra-High Q Integrated Resonator
本文通过将Fabry-Pérot激光器自注入锁定到超高Q氮化硅谐振器，实现了芯片级780 nm激光，创下640 mHz基本线宽和732 Hz积分线宽的纪录，为量子传感与原子应用提供了超低噪声光源。
2023-09-07 physics.atom-ph physics.optics
Terahertz gas phase spectroscopy using a high finesse Fabry-Pérot cavity
可实现的仪器灵敏度是THz应用持续发展的关键参数。诸如腔增强技术和腔衰荡光谱等技术尚未在太赫兹频率下使用，这是由于难以构建高精细度法布里-珀罗腔。在这里，我们描述了这样的太赫兹谐振器的基础上，低损耗的超大型波纹波导与高反射光子镜获得的精细度超过3000约620 GHz。这些组件使法布里-珀罗太赫兹吸收光谱仪具有一公里的等效相互作用长度，可以获得低至10- 27 cm- 1/（molecule/cm 2）的线强度，S/N比为3。此外，腔内光功率允许使用低功率发射器研究Lamb-Dip效应，可以容易地获得优于5 kHz的绝对频率精度，为旋转光谱提供额外的解决方案。
2019-10-22 physics.ins-det physics.optics
Rotational cavity optomechanics
本文研究旋转纳米粒子与携带轨道角动量的光学腔模的光力相互作用，提出利用两个简并拉盖尔-高斯腔模形成的弱角向晶格探测粒子旋转频率，并证明线性响应下可实现精确测量。
2015-04-03 physics.optics
Intrinsic mirror noise in Fabry-Perot based polarimeters: the case for the measurement of vacuum magnetic birefringence
虽然实验工作已经活跃了大约30年，真空磁双折射的直接实验室观察，由于真空波动的影响，仍然需要确认。实际上，真空的预测双折射率为$Δn = 4.0\times 10^{-24}$ ~T。当设计能够检测这种小双折射的偏振计时，关键因素之一是磁场内的长光程长度和时间依赖效应。为了延长磁场内的光路，通常使用具有从${\cal F} \approx 10^4$到${\cal F} \approx7\times 10^5$范围的精细度的法布里-珀罗光学腔。有趣的是，很难达到这种偏振计的预测散粒噪声极限。我们已经测量了椭圆率和旋转噪声以及作为PVLAS偏振计的腔的精细度的函数的Cotton-Mouton和法拉第效应。观察结果与腔镜产生双折射占主导地位的噪声的想法是一致的，其椭圆率被腔本身放大。在$10\;$ Hz处的光程差灵敏度为$S_{Δ{\cal D}}=6\times 10^{-19}\;$ m $/\sqrt{\rm Hz}$，我们认为该值与反射镜涂层中的固有热噪声一致。
2018-05-08 hep-ex physics.ins-det physics.optics
Negative Group Velocity and Spin-Flip in Microwave Adaptors
一个法布里-珀罗干涉仪与两个微波导适配器作为反射器创建一个被动的介质与负群延迟时间由于偏振移位。其中一个适配器的偏振矢量的旋转应变与剧烈的负群速度耦合。适配的矩形和圆形波导具有相同的色散。输入矩形波导模式是线性偏振的，而适配的圆形波导的基本模式是圆偏振的。一个667波长长的圆形波导连接输入和输出适配器。在频域和时域中进行实验。我们描述了两种不同的圆波模的螺旋偏振变化和自旋翻转是如何产生所观察到的负群速度的。
2012-05-04 physics.optics
Nozaki-Bekki optical solitons
本文将半导体激光器与Kerr微谐振器技术融合于环形半导体激光器，实验并理论证明可通过偏置调谐自发生成结构稳定的Nozaki-Bekki暗孤子及多孤子态。
2023-04-21 nlin.PS physics.optics
Optical trapping of the transversal motion for an optically levitated mirror
光机系统适合于在质量尺度的意义上阐明宏观尺度上的量子现象。系统应该与环境隔离，以避免隐藏量子信号的经典噪声。光学悬浮是一种很有前途的方法来隔离光学机械系统与环境。为了实现光学悬浮，需要捕获所有自由度。到目前为止，人们已经详细地研究了具有光辐射压力的反射镜的纵向捕获和旋转捕获，并通过各种实验进行了验证。然而，很少有人注意到的横向捕获的镜子。在这里，我们报告了一个开创性的结果，我们实验证实了横向捕获的法布里-珀罗腔的镜子使用扭摆。通过这个演示，我们实验证明，光悬浮是可以实现的，只有两个法布里-珀罗腔垂直对齐。这项工作为实现光悬浮和宏观量子系统铺平了道路。
2020-12-21 physics.optics quant-ph
Single-mode instability in standing-wave lasers: The quantum cascade laser as a self-pumped parametric oscillator
本文报道了在连续波法布里-珀罗量子级联激光器（QCL）中观察到的一个明显的单模不稳定阈值。的不稳定性的特征在于由几十个自由光谱范围（FSR）从第一激射模式分离的边带的外观，在泵浦电流不高于激射阈值。随着电流的增加，高阶边带出现，保持初始间距，并且光谱暗示谐波锁相波形。本文提出了一种适用于所有均匀展宽驻波激光器的不稳定性理论。低的不稳定性阈值和大的边带间距可以解释由一个未箝位的，非相干的洛伦兹增益由于人口光栅的组合，和相干的参数增益所造成的时间人口脉动，改变光谱增益线的形状。参数项抑制边带的增益，其间隔远小于倒数增益恢复时间，同时增强更远的边带的增益。与FSR相比，QCL的大增益恢复频率对于观察这种参数效应是必不可少的，这是多FSR边带分离的原因。我们预测，通过调整的强度的非相干增益的贡献，例如通过工程的模式重叠因子和载流子扩散，无论是振幅调制（AM）或频率调制的发射可以实现从QCL。我们提供的AM波形发射的QCL具有高度不对称的小面反射率的初步证据，从而打开了一个有前途的路线，超短脉冲产生中红外。总之，实验和理论阐明了光泵微谐振器中的参数振荡与激光器的单模不稳定性之间的深刻联系，将过去60年的文献联系在一起。
2017-11-01 physics.optics
Fractional optical angular momentum and multi-defect-mediated mode re-normalization and orientation control in photonic crystal microring resonators
圆对称光学微谐振腔中的回音壁模由于几何边界条件的限制而表现出整数量子化角动量数。在这里，我们表明，将一个光子晶体图案在一个集成的microns可以导致WGM与分数光学角动量。通过选择光子晶体的周期性打开一个光子带隙，带边动量位于未扰动环的两个WGM之间，我们观察到半整数量子化角动量数（$m \in \mathbb{Z}$ + 1/2）的杂化WGM。此外，我们发现，这些模式的分数角动量表现出高的光学品质因数与良好的腔波导耦合和一个数量级的降低群速度。此外，通过引入多个人工缺陷，多个模式可以被局部化到环内的小体积，同时可以很好地控制去局部化的带边态的相对取向。我们的工作揭示了WGM的重正化的光子晶体，展示了新的分数角动量态和非平凡的多模取向控制所产生的连续旋转对称性破缺。研究结果有望对传感/计量学、非线性光学和腔量子电动力学等领域有所帮助。
2022-10-29 physics.optics
Optical Levitation of a Mirror for Reaching the Standard Quantum Limit
提出了一种新的方法来光学悬浮的宏观镜与两个垂直的法布里-珀罗腔线性对齐。这种配置给出了最简单的可能的光学悬浮，其中使用的激光束的数量是两个中的最小值。我们证明，达到标准量子极限（SQL）的位移测量与我们的系统是可行的，与当前的技术。设计了谐振腔的几何形状和悬浮镜的参数，以保证镜面的布朗振动小于SQL。我们的方案为检验宏观量子力学提供了一个有前途的工具。
2017-06-09 physics.optics quant-ph
Realignment-free cryogenic macroscopic optical cavity coupled to an optical fiber
我们提出了一种低温设置，其中光学法布里-珀罗谐振器耦合到单模光纤，耦合效率在90%以上，在mK温度下，在冷却过程中没有重新调整。该装置在室温下进行预对准，以补偿冷却期间光学组件的热收缩和折射率变化。高耦合效率是通过保持设置旋转对称的光轴。大多数设置组件由Invar（FeNi 36）制成，可最大限度地减少热收缩。在量子光学力学实验中，高耦合效率是必不可少的。
2023-01-16 physics.ins-det physics.optics
Rotation-tuned single hexagonal air cavity assisting in third-harmonic generation via hybrid modes
本文提出旋转调谐的六角形空气腔，利用混合模式增强场约束并提高Q值，通过集成硅圆柱体实现Mie共振调谐，最终诱导绿光三次谐波，为高Q空气腔及多功能电光器件设计提供新策略。
2025-05-07 nucl-th physics.optics
Optical losses as a function of beam position on the mirrors in a 285-m suspended Fabry-Perot cavity
本文通过自动扫描Virgo滤波腔反射镜上的光束位置，原位表征光学损耗分布，找到低损耗最佳腔轴，为未来引力波探测器实现严苛损耗目标提供依据。
2024-12-03 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Understanding and suppressing backscatter in optical resonators
已经发现光学腔广泛用于与量子发射器的接口。然而，对背反射和由此产生的损耗的担忧在很大程度上阻止了在高精细度腔中放置诸如透镜或调制器之类的光学器件。在这项工作中，我们证明了一个扭曲的光学腔中的透镜的背反射的百万倍抑制。我们实现这一点，通过定量探索后向散射法布里-珀罗谐振器，分离成三个物理部门的影响：偏振，模式包络和空间模式分布。我们描述了这些部门的影响，并演示了如何尽量减少每个内的背反射。这最终在测量的有效反射率低于十亿分之一的基本模式的水平。此外，我们表明，携带轨道角动量的光束的经验高达$10^{4}$倍的额外的抑制，仅限于其他腔模式的状态密度。将这些想法应用于激光陀螺仪可以强烈抑制锁定，从而提高低转速下的灵敏度。
2022-05-10 physics.atom-ph physics.optics
Optics of spin-noise-induced gyrotropy of asymmetric microcavity
研究了具有嵌入量子阱（QW）的高精细度半导体布拉格微腔在光子模和QW激子共振不同失谐量下的光学陀螺噪声。我们发现，在非对称法布里-珀罗谐振腔中，光子模频率高于激子共振频率时，噪声强度受到很强的抑制，这一现象是非对称法布里-珀罗谐振腔所特有的。从我们的分析如下，在一定程度的腔内损耗，非对称谐振腔的反射率消失，而极化灵敏度的回旋变化时，跨越临界点移动。模型计算结果与单量子阱微腔中自旋噪声的实验数据符合得很好，并得到了泵浦-探测实验中光致克尔旋转谱的证实。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Measurement of optical losses in a high-finesse 300 m filter cavity for broadband quantum noise reduction in gravitational-wave detectors
地球上的引力波探测器将受到其光谱中大部分量子噪声的限制。最有前途的技术，以实现这样的噪声的宽带降低是从检测器的输出端口的频率相关的压缩真空态的注入，whit的压缩角旋转的反射关闭法布里-珀罗滤波器腔。限制压缩性能的最重要的参数之一由滤波器腔的光学损耗表示。我们在这里报告的操作安装在日本国家天文台（NAOJ）的300米过滤腔原型。腔体被设计成获得低于100 Hz的挤压角的旋转。在用多波长技术实现腔的谐振之后，已经测量到往返损耗在50 ppm和90 ppm之间。这一结果表明，与现实的假设上的输入压缩因子和其他的光学损耗，量子噪声减少至少4分贝的频率范围内占主导地位的辐射压力可以实现。
2018-06-27 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
