Highly uniform and efficient, broadband meta-beam-splitter/combiner
亚波长平面结构化界面，也称为超表面，是超薄光学元件，使用称为超原子的纳米结构调制入射光的振幅、相位和偏振。这种超颖表面的光学性质可以通过选择超原子的几何形状和材料来跨波长控制。考虑到光学器件小型化的最新技术发展，寻求在这些器件内使用用于光束分离和光束组合的部件作为每个光学设置的两个典型部件。然而，使用超颖表面实现这样的器件通常导致衍射级的均匀性差和窄带操作。利用改进的粒子群优化算法，提出并数值模拟了一种宽带倒易超颖表面合束器/分束器，在λ=1525 nm到λ=1575 nm的连续波段内，其均匀性>97%，衍射效率>90%.所提出的方法显着扩展了目前的超表面设计的均匀性，带宽和效率方面的最新技术，并打开了大门，需要高功率或近单位的均匀性的设备。
2023-01-03 physics.optics
Broadband integrated beam splitter using spatial adiabatic passage
光路选择和控制是集成光学的重要方面。它们基本上依赖于分束器，而分束器是干涉仪设置和有源路由的核心。分束器的最常见的实现方式遭受强色散响应（定向耦合器）或严格的制造公差（多模干涉耦合器）。在本文中，我们制作了一个强大的和简单的宽带集成分束器的基础上，锂的分束比消色差超过130 nm。我们的架构是基于空间绝热通道，一种技术，最初用于完全传输光束从一个波导到另一个已被证明是非常强大的制造缺陷和波长色散。在1500 ~ 1630 nm范围内，器件的分光比分别为0.52 $\pm $ 0.03和0.48 $\pm $ 0.03。此外，我们表明，适当的设计，使分裂的输出光束与相对相位0或$π$。由于它们独立于材料色散，这些器件代表了创建消色差和多功能光子电路的简单基本组件。
2018-10-15 physics.optics quant-ph
A Broadband Algorithm for Adiabatic Mode Evolution and its Application on Polarization Splitter-Rotator on LNOI Platform
本文提出一种解析的绝热模式演化设计算法，实现捷径绝热，缩短器件长度并降低计算资源，在LNOI平台上展示了宽带高效的偏振分束旋转器，长度缩短3.5倍，性能优异。
2024-07-22 physics.optics
Ultra-broadband polarization beam splitter and rotator based on 3D-printed waveguides
本文提出一种基于3D激光光刻的单片集成超宽带偏振分束器与旋转器，在350 nm带宽内实现超过11 dB偏振消光比，并成功接收640 Gbit/s双偏振16QAM信号且无OSNR代价。
2021-07-26 physics.optics
Inverse Designed THz Spectral Splitters
本研究通过逆向设计制备出可3D打印的低成本紧凑太赫兹光谱分束器，可按任意方式分割0.5-0.7 THz宽带光谱，经仿真和实验验证，可应用于光谱学及太赫兹通信领域。
2020-10-28 physics.app-ph physics.optics
Polarization and wavelength agnostic nanophotonic beam splitter
高性能的光学分束镜对于先进硅光子集成电路的发展具有重要意义。然而，由于绝缘体上硅平台的高折射率对比度，现有技术的Si分光器受到带宽、偏振依赖性和对制造误差的敏感性的权衡的阻碍。在这里，我们提出了一种新的策略，利用模式工程开槽波导，以克服这些限制，使超宽带偏振不敏感的光功率分配器，与宽松的制造公差。所提出的分路器依赖于一个单模缝隙波导，该缝隙波导通过对称的锥形转变为两个条形波导，从而产生等功率分路。基于这一概念，我们通过实验证明了$\pm$在前所未有的390 nm带宽（1260 - 1650 nm）中的0.5 dB偏振无关传输，甚至在波导宽度偏差高达$\pm$ 25 nm的情况下也是如此。
2018-06-25 physics.app-ph physics.optics
Numerical simulation studies of nano-scale Surface plasmon components: waveguides, splitters and filters
在本文中，我们从理论和数值上证明了一个二维的金属-介质-金属（MDM）波导的基础上的有限差分时域模拟的表面等离子体激元（SPPs）的传播特性。在实际应用中，我们提出了一种基于MDM结构的等离子体Y分支波导，以实现高集成度。模拟结果表明，本文提出的Y分支波导实现了大分支角（~180 °）的光分路器。我们还介绍了一个有限阵列的周期性齿结构的MDM波导的一个表面上，这是在一个类似的方式作为FBG或布拉格反射器，潜在的WDM应用的过滤器。结果表明，该结构不仅可以实现波长滤波功能，且具有92%以上的高透过率，而且与其它光栅型表面等离子体滤波器相比，该结构具有几百nm的超紧凑尺寸。MDM波导分束器和滤波器可用于实现超紧凑的光子滤波器件，以实现基于SPP的平坦金属表面的高度集成。
2009-02-09 physics.optics
Low-Loss Silicon Directional Coupler with Arbitrary Coupling Ratios for Broadband Wavelength Operation Based on Bent Waveguides
本文基于弯曲定向耦合器的严格耦合模式分析，提出支持任意耦合比的宽带超低损耗2×2硅分束器，并通过基准器件、300 mm晶圆映射及宽度容差测试验证其性能。
2024-04-09 physics.optics
Lossless broadband adiabatic polarizing beam splitting in a plasmonic system
量子物理学和光学之间有趣的类比激发了非传统集成光子器件的设计。在本文中，我们数值演示了一个宽带集成偏振分束器（PBS）通过实施受激拉曼绝热通过（STIRAP）技术在三波导等离子体系统。我们提出的PBS具有>250 nm的TM带宽和<-40 dB extinction and ><-20 dB消光的150 nm TE带宽，覆盖整个S-、C-和L-波段以及部分E-波段。此外，在我们的系统中实现了近无损的光传输，尽管纳入了等离子体激元混合波导，因为独特的损失减轻功能的STIRAP计划。通过这种方法，可以实现以前不可能实现的各种宽带集成器件，这将允许集成光学的创新。
2021-11-24 physics.optics
A Thin Film Broadband Absorber Based on Multi-sized Nanoantennas
我们实验证明了一种基于几种不同尺寸的纳米带天线阵列的TM偏振光红外宽带吸收体。宽带特性是由于这些纳米天线在不同波长处激发的磁响应的集体效应。通过操纵纳米带宽度的差异，测量的光谱清楚地验证了我们的设计，以扩大吸收带的目的。本发明的宽带吸收体在宽角度范围内工作得非常好。
2011-08-02 physics.optics
Plasmonic ultra-broadband polarizers based on Ag nano wire-slit arrays
我们提出了超宽带反射和吸收偏振器在可见光范围内使用多尺度银纳米线狭缝阵列。纳米阵列可以从反射性调整到吸收性，通过结合具有不同长度/宽度的Ag线/带。平均吸收高达~ 80%的吸收阵列的超宽带性质是由于具有不同长度尺度的Ag线/带中的等离子体共振的集体激发。采用简单的二次遮蔽气相沉积方法，在实验上实现了银纳米线缝阵列。他们表现出宽带传输的差异，在良好的协议与模拟。这种多尺度银纳米线缝阵列作为宽带线偏振器和抗反射材料在光学和光电子学中具有潜在的应用前景。
2014-12-09 physics.optics
Extending the spectral operation of multimode and polarization-independent power splitters through subwavelength nanotechnology
提出一种基于对称Y结和亚波长光栅超材料的多模3-dB功率分配器，在超宽带宽内实现低损耗和偏振无关，并通过实验验证了其优异性能。
2024-10-11 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Plasmonic Waveguide Fed Broadband Nano-antenna for Nanophotonic Applications
提出一种混合等离子体波导馈电的宽带光学贴片纳米天线，仿真验证其覆盖850、1310和1550 nm窗口、带宽约86%且定向增益良好，可用于片上光通信、传感与能量收集。
2014-12-24 physics.optics
Highly efficient and broadband wide-angle Holography Using Patch-Dipole Nano-antenna Reflectarrays
我们展示了宽角度，宽带和高效的反射全息利用耦合偶极贴片纳米天线单元施加任意相位分布的反射光。高保真度图像以相对于入射光的450 °和200 °的角度投射，在超过180 nm的光学带宽上效率在40%-50%之间。在很宽的光谱范围内发现与理论预测的极好的一致性。这种反射阵列的演示为扩大大角度全息术的极限开辟了新的途径。
2017-02-08 physics.optics
Broadband nanoelectromechanical phase shifting of light on a chip
我们演示了一个光机械移相器。通过静电偏转的纳米制造的机械结构，附近的波导的有效折射率被改变，并使用集成的马赫-曾德尔干涉仪测量所产生的相移。与热光移相器相比，我们的器件在静态工作时不消耗功率，并且可以在大的频率、波长和功率范围内工作。在MHz范围内的操作和子$μ$ s脉冲进行了演示。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broadband plasmonic nanoantennas for multi-color nanoscale dynamics in living cells
最近，等离子体纳米天线的实现为研究活细胞中单个生物分子的纳米级动力学开辟了新的可能性。然而，由于金基纳米结构的窄波长共振排除了对不同荧光标记分子的同时询问，因此研究还限于单一分子种类。在这里，我们利用宽带铝基纳米天线雕刻在近场探针的顶点，以解决完整的活细胞膜上的纳米尺度动态分子相互作用。通过荧光激发，我们同时记录了已知在活细胞中形成纳米簇的双色标记跨膜受体的荧光波动。荧光交叉相关研究揭示了在~60 nm的区域中单个受体之间的瞬时相互作用。此外，天线照明提供的高信号背景比使我们能够直接检测由天线下方的单个受体通过而产生的荧光猝发。值得注意的是，通过减少低于特征受体纳米团簇尺寸的照明体积，我们解决了纳米团簇内的分子扩散，并将其与纳米团簇扩散区分开来。分子间瞬时相互作用的时空表征对于理解它们如何相互通信以调节细胞功能至关重要。我们的工作展示了宽带光子天线以前所未有的时空分辨率研究活细胞膜中的多分子事件和相互作用的潜力。
2023-01-22 physics.bio-ph physics.optics
Nanostructures for very broadband or multi-frequency transition from wave beams to a subwavelength light distributions
在本文中，我们建议和理论研究锥形等离子体纳米结构，它连接入射光束与亚波长的空间区域，在一个广泛的频率范围内或不同的操作频率的字段是局部增强。该空间区域在锥形结构的轮廓附近具有频率稳定的位置。这是由于也可以存在于锥形结构中的特殊波导模式。我们预见到许多可能的应用，我们的结构，从未来的近场扫描光学显微镜传统的光波导和未来的光学纳米电路之间的互连。
2011-03-29 physics.optics
Metamaterial Coatings for Broadband Asymmetric Mirrors
我们报道了具有高反射不对称性的纳米复合金属-介质薄膜涂层的设计和制备。应用基本的色散工程原理来模拟宽带和大反射率的不对称性，我们得到了一个模型的超材料膜的介电函数，非常类似的无序金属介电纳米复合材料的有效介电常数。使用沉积在玻璃衬底上的无序纳米晶银膜实现的涂层证实了理论预测，表现出对称的透射率，大的反射率不对称性和独特的平坦反射率不对称性。
2007-03-10 physics.optics
Metal-coated nano-cylinder cavity for broadband nonclassical light emission
提出了一种新型的金属涂层纳米圆柱腔结构，该结构与III-V族GaInAs技术完全兼容，并受益于局域态密度的宽光谱范围增强，作为非经典光的集成源。由于明智地选择的模式体积，腔结合了良好的收集效率（\gg 45%），在80 nm的光谱范围内的大的Purcell因子（\gg 15），和低灵敏度的不可避免的空间失配之间的单个发射器和腔模式。这代表着朝着实现可靠的固态设备以产生红外波长的纠缠光子对迈出了决定性的一步。
2010-11-03 physics.optics quant-ph
Hybrid design of spectral splitters and concentrators of light for solar cells using iterative search and neural networks
在各个领域中，对光学多功能微米和纳米结构的需求正在增长。设计这样的结构受到缺乏计算成本低的算法的阻碍。在这项研究中，我们提出了一种混合设计方案，该方案依赖于深度学习模型和局部搜索优化算法，以优化衍射光学元件，该元件用于太阳能电池的宽带光的光谱分离和空间集中。使用在衍射光学元件的优化过程中生成的数据集，这是一次性的努力，我们通过使用基于深度学习的逆向设计方案来设计衍射光学元件的形貌。我们表明，进一步迭代优化的重建衍射光学元件增加的空间集中和光谱分裂的光的量。我们的联合设计方法既加快了衍射光学元件的优化，又提供了更好的性能，至少有57%的额外光集中与光谱分裂。我们在这里开发的算法将使先进的和高效的多功能相位板的设计在各个领域，除了我们的目标在太阳能的应用。我们开发的算法是公开的，有助于其他依赖于相位板的应用。
2021-04-07 physics.app-ph physics.optics
Broadband antireflection with halide-perovskite metasurfaces
基于光学谐振介质纳米结构的元光学是一个发展迅速的研究领域，具有许多潜在的应用。卤化物钙钛矿超颖表面最近出现作为一种新的平台的元光学，它们提供了独特的机会，控制光在光电子器件。在这里，我们采用广义Kerker条件来重叠MAPbBr 3钙钛矿超颖表面的每个元原子中的电和磁Mie共振，并证明宽带抑制反射下降到4%。我们还发现，超颖表面纳米结构也有利于光致发光的增强。我们的研究结果可能是有用的应用程序的纳米结构的卤化物钙钛矿在photoproteics和半透明的多功能元器件，反射减少是重要的，他们的高效率。
2020-08-04 physics.app-ph physics.optics
Broadband transverse mode directional couplers using partial Euler bends
The University of Queensland（昆士兰大学）
本文提出基于部分欧拉弯的几何框架，设计绝缘体上硅平台上的宽带横向模式定向耦合器，实现模式复用与分束，模拟带宽达101-134纳米，实验验证了高转换效率与低串扰。
2026-09-18 physics.optics
All passive photonic power divider with arbitrary split ratio
集成光功分器是光子集成电路（PIC）的基本组成部分之一。传统的多模干涉型功分器因其占地面积小、制作简单而得到广泛应用。然而，实现任意分光比是一个挑战，特别是对于多路输出。在这项工作中，一个超紧凑的功率分配器与QR码状纳米结构的设计非线性快速搜索方法（FSM）。高度功能化的结构由许多自由设计的正方形像素组成，尺寸为120 nm x 120 nm，可以是电介质或空气。光波被具有优化位置的多个蚀刻正方形散射，并且散射波以期望的功率比在输出处被散射。我们演示了具有1：1、1：2、1：3分流比的1x 2分流器和具有1：2：1分流比的1x 3分流器。所有器件的基底面仅为3.6umx3.6 um。良好控制的分流比测量的所有情况下。在30 nm波长范围内，所有分束器的测量传输效率均接近80%。
2016-09-13 physics.optics
Highly Linear, Broadband Optical Modulator Based on Electro-optic Polymer
本文介绍了一种基于电光聚合物的行波定向耦合调制器的设计、制作和特性。在双畴定向耦合器中引入畴反转技术，实现了高线性度。行波电极的带宽-长度积为302 GHz cm，具有低的微波损耗、良好的阻抗匹配和速度匹配以及平滑的电场剖面变换。该器件的3dB带宽为10 GHz。在2- 8 GHz的调制频率范围内，测得无杂散动态范围约为110 dB Hz^（2/3）。据我们所知，这种高线性度是在高达8 GHz的频率下首次测量的。此外，还采用了1到2多模干涉3dB分束器、光漂白折射率锥和准垂直锥来降低器件的光插入损耗。
2014-03-01 physics.optics
Broadband Unidirectional Visible Imaging Using Wafer-Scale Nano-Fabrication of Multi-Layer Diffractive Optical Processors
本文提出一种基于深度学习与晶圆级纳米加工的宽带偏振不敏感单向可见光成像仪，通过两层16级纳米相位特征实现正向高保真成像与反向阻挡，支持大规模高通量制造，可广泛应用于安全、国防和电信领域。
2024-12-16 physics.app-ph physics.optics
Broadband and omnidirectional anti-reflection layer for III/V multi-junction solar cells
报道了一种基于自下而上生长的锥形GaP纳米线的III/V四极太阳能电池的新型折射率梯度减反射膜。本文计算了具有MgF_2/ZnS双层减反射膜和渐变折射率膜的InGaP-GaAs-InGaAsP-InGaAs太阳电池的光电流密度。在太阳电池上镀上厚度为1μm的渐变折射率层，光电流密度可提高5. 9%。我们建议通过在III/V太阳能电池上生长锥形GaP纳米线来实现这样的渐变折射率层。对于第一次演示的锥形纳米线的III/V太阳能电池上的生长的可行性，我们已经在AlInP/GaAs衬底上生长锥形GaP纳米线。我们的实验表明，从纳米线涂层基板的反射减少，并增加到基板的透射率为一个广泛的光谱和角度范围。
2012-10-24 physics.optics
Spectrally Broadband Electro-Optic Modulation with Nanoelectromechanical String Resonators
本文提出了一种由两个并联的纳米机电氮化硅弦谐振器构成的电光光调制器。这些弦被电连接的金电极覆盖，并由洛伦兹力或静电力驱动。面内弦振动调制弦之间间隙的宽度。间隙两侧的金电极充当移动反射镜，其调制聚焦在该间隙中间的激光。这些电光光调制器在314 kHz的频率下，对于低于1 mV的驱动电压，可以实现几乎100%的光调制深度。频率范围由弦共振频率确定，其可以取几百千赫兹到几兆赫的量级的值。弦在强非线性状态下被驱动，这允许几千赫兹的频率调谐，而对光调制深度没有显著影响。
2019-12-19 physics.app-ph physics.optics
Bode-Fano Limits to Broadband Absorption by Small Particles
Università degli Studi di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；City University of New York（纽约市立大学）
通过将电磁散射等效为阻抗匹配问题，推导了亚波长无源粒子吸收带宽的基本极限，为宽带光收集和耗散提供了理论界限。
2026-06-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Beating bandwidth limits for large aperture broadband nano-optics
本研究通过协同设计平面超构光学器件与计算重建，克服色差限制，实现了可见光波段1厘米孔径f/2宽带成像，挑战了单一大孔径超构光学无法高质量全彩成像的传统观念。
2024-02-09 physics.app-ph physics.optics
Experimental characterization of an ultra-broadband dual-mode symmetric Y-junction based on metamaterial waveguides
硅光子集成电路通常需要具有最小损耗、小尺寸、超宽带宽和宽松制造公差的3 dB光功率分配器，以在整个芯片上分配光，并作为形成更复杂器件的关键构建块。对称Y结在其他功率分配器件中脱颖而出，因为它们的波长无关响应和简单的设计。然而，当前制造方法的有限分辨率导致两个Y结臂之间的尖端处的最小特征尺寸（MFS），这导致基模的显著损耗。在这里，我们建议利用亚波长超材料在一种新型的超宽带和制造宽容的Y型结规避这一限制。在260 nm带宽（1420-1680 nm）上的详尽实验研究表明，对于高分辨率光刻工艺（MFS约50 nm），基本横向电模式（TE 0）的过量损耗低于0.3 dB，并且对于100 nm的制造分辨率，过量损耗小于0.5 dB。具有正负10 nm的确定性引起的误差的亚波长Y结进一步证明了稳健的制造公差。此外，使用高分辨率光刻，该分束器在100 nm带宽（1475-1575 nm）内对一阶横电模式（TE 1）表现出低于1 dB的过量损耗。
2023-01-10 physics.app-ph physics.optics
Broadband, efficient extraction of quantum light by a photonic device comprised of a metallic nano-ring and a gold back reflector
为了在应用中实现基于量子发射器的量子光源，期望提高单光子的提取效率。特别是控制发射的方向性和立体角是关键参数，例如，将单光子耦合到光纤中并将量子光中编码的信息长距离发送，用于量子通信应用。此外，量子发射体的辐射行为的基础研究，包括相干性和闪烁的研究，受益于这种改进的光子收集。通过Sttranski-Krastanov技术生长的量子点已经被证明是明亮、相干、不可区分的量子光发射的良好候选者。然而，与这些量子光源相关的挑战之一源于这样一个事实：发射波长可以从一个发射器到另一个发射器而变化。为此，不依赖于高品质因数光学腔的宽带光提取器将是期望的，使得不需要在量子点发射波长和用于增加光提取的谐振器之间进行调谐。在这里，我们表明，金属纳米环与金背反射器相结合，增加了单光子的收集效率，我们研究了量子点在空间上随机分布在纳米环内时，这种效果的统计。当比较具有金背反射器的设备中纳米环内外的发射器时，我们显示亮度平均增加约7.5倍，我们测量到每秒超过7 x 10^6个光子的计数率和高达85%+/-1%的单光子纯度。这些结果是实现用于量子通信应用的可扩展、宽带、易于制造的量子光源的重要步骤。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
