Instantaneous modes in dispersive laser cavities
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics（纳米光子学中心）
本文提出了一种用于色散激光谐振腔的简化瞬时模式描述，通过动态模态增益和有效约束因子保留频率依赖性镜面效应，并阐明了色散不稳定性物理起源。
2026-08-19 physics.optics
Nonlinear Surface-Plasmon Whispering-Gallery Modes in Metallic Nanowire Cavities
我们证明，表面二次谐波产生可以导致形成非线性等离子体回音壁模式（WGM）的金属纳米线制成的微腔。由于这些WGM是由诱导的表面非线性偶极子激发的，因此即使它们不耦合到辐射连续体，也可以产生它们。因此，这些非线性模式的品质因数可以与金属中的光学损耗所施加的理论极限一样大。值得注意的是，我们的理论分析表明，非线性等离子体WGM的特点是分数方位角模式数。这表明，这里研究的等离子体腔可用于产生具有分数角动量的多色光场。等离子体传感器的应用也进行了讨论。
2013-10-30 physics.optics
Simulating frequency splittings and loss in Fabry-Pérot cavities
Leiden University（莱顿大学）
本文通过有限元模拟展示了谐振腔共振谱中的频率分裂，对比了近期理论和实验结果，并提供了谐振腔模式损耗的独立预测。
2026-06-05 physics.optics
Parametric Optomechanical Oscillations in Two-Dimensional Slot-Type High-Q Photonic Crystal Cavities
我们实验证明了一种基于空气缝光子晶体腔的光机械腔，其光学品质因数Qo=4.2 \times 10 ^4，小模体积为0.05立方波长。光学模式与频率高达数百MHz的面内机械模式耦合。基本机械模式示出了65 MHz的频率和376的机械品质因数。实验测得的光机械耦合率gom/2 pi为154 GHz/nm，对应于真空光机械耦合率g*/2 pi为707 kHz。当输入功率低于mW时，腔体呈现出强烈的参量振荡。测量了光子晶体光机械振荡器的相位噪声。
2012-05-05 physics.optics
Nonlinear harmonic generation and devices in doubly-resonant Kerr cavities
本文描述了一个在$ω$和$3ω$两个谐振腔中，通过克尔（$\chithree$）非线性产生三次谐波（$ω\to3ω$）的非线性动力学理论分析。这样的双谐振腔将有效谐波产生所需的功率大大降低了$\sim V/Q^2$的因子，其中$V$是模态体积，$Q$是寿命，并且在临界输入功率下甚至可以表现出100%的谐波转换效率。然而，我们发现，它也表现出丰富的各种非线性动力学，如多稳态解和长周期的极限环。我们描述了如何补偿自/交叉相位调制（否则移动谐振腔频率），以及如何激发不同的稳定的解决方案（特别是高效率的解决方案）通过特殊调制的输入脉冲。
2008-08-22 physics.optics
Dissipative Kerr solitons, breathers and chimera states in coherently driven passive cavities with parabolic potential
我们分析了抛物型势场中耗散克尔孤子的稳定性和动力学性质。这种潜在的稳定振荡和混乱的制度，有利于静态DKS的产生。此外，潜在的诱导出现新的耗散结构，如不对称呼吸和嵌合体的状态。基于这些状态的模式分解，我们揭示了潜在的模态相互作用。
2022-12-26 nlin.PS physics.optics
Impulse Response Characterization of a Commercial Multimode Fiber using Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
飞行时间测量是研究多模光纤中分布模耦合和差模群时延的关键。然而，目前的方法使用常规的光电探测器有限的灵敏度排除检测弱模式的相互作用，在这样的纤维掩盖有趣的物理效应。在这里，我们演示了使用高灵敏度的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）来测量商业梯度折射率多模光纤的模式传输矩阵。两个高性能的45模式多平面光转换（MPLC）设备作为模式复用器/解复用器。通过脉冲响应测量，可以准确地量化不同模式组之间的分布模式耦合和DMDG。在测量中我们还观察到了作为脉冲基座的模场的包层模。这项工作为使用光纤的许多空间模式的量子通信等应用铺平了道路。
2021-12-04 physics.ins-det physics.optics
Numerical Investigation of Vertical Cavity Lasers with Subwavelength Gratings Using the Fourier Modal Method
我们展示了傅里叶模态方法（FMM）的强度，用于数值研究包括亚波长光栅在内的垂直腔的光学特性。三种不同的技术确定谐振腔模式的谐振频率和Q因子进行了比较。在此基础上，选择了法布里-珀罗方法，因为它的数值效率。在确定的谐振频率和Q-因子的计算不确定性的调查，表明在Q-因子计算的不确定性可以是几个数量级大于谐振频率计算。此外，减少3D模拟低维模拟的方法，建议，并示出，使近似和快速模拟某些设备参数。数值计算的腔色散，这是一个重要的特性，垂直腔，说明。通过采用实现的FMM，它表明，绝热异质结构的设计是有利的突变异质结构相比，最大限度地减少腔散射损耗。
2016-05-04 physics.comp-ph physics.optics
Room temperature spontaneous emission enhancement from quantum dots in photonic crystal slab cavities in the telecommunications C-band
我们报告的控制自发发射动力学从InAsP自组装量子点发射的电信C波段和弱耦合的模式的双异质结构腔蚀刻在一个悬浮的InP膜在室温下。腔模的品质因数为44 × 10 ^3，超低模体积为1.2 λ/n）^3，在300 K时自发发射率提高了2.8倍。
2009-03-25 physics.optics quant-ph
Degenerate four-wave mixing in triply-resonant Kerr cavities
我们证明了在三阶共振非线性（克尔）腔中实现高效简并四波混频的理论条件。我们采用了一个通用的和准确的时间耦合模分析，在任意微腔中的光的相互作用表示在一组耦合系数，我们严格推导出完整的麦克斯韦方程组。使用耦合模理论，我们表明，光组成的输入信号的频率$ω_0-Δω$可以，在存在的泵浦光在$ω_0$，被转换成一个输出的频率$ω_0 + Δω$移位信号的量子限制的效率，我们推导出表达式的临界输入功率发生这种情况。我们发现，在假设非常保守的腔参数（模式体积$\sim10$立方波长和品质因数$\sim1000$），在10毫瓦的顺序的临界功率。标准的曼利-罗效率极限是从经典耦合模方程的解得到的，尽管我们也从简单的光子计数“量子”参数得到它们。最后，使用线性稳定性分析，我们证明了最大的转换效率可以保留，即使在存在的自我和交叉相位调制的影响，一般采取行动，以破坏共振条件。
2010-11-26 physics.optics
Spatiotemporal mode-locking in lasers with large modal dispersion
单横模锁模激光器中的耗散非线性波动力学已经得到了广泛的研究，而激光器中的三维非线性动力学的研究还很少。最近，时空锁模（STML）被提出用于具有小模式（即，横模）色散，这被认为是在这些腔中实现STML的关键，因为小的色散可以容易地平衡。在这里，我们表明，STML也可以实现在多模激光器具有更大的模式色散，其中我们发现，腔内可饱和吸收体起着重要的作用，抵消大的模式色散。此外，我们观察到一个新的STML现象的被动非线性自动选择的单模锁模，造成的时空饱和吸收和空间增益竞争之间的相互作用。我们的工作显着拓宽了有用的STML激光器的设计可能性，从而使它们更易于应用，并扩展了可在这些激光器中实现的新型耗散时空非线性动力学的可探索参数空间。
2021-04-08 physics.optics
Modes and Mode Volumes of Leaky Optical Cavities and Plasmonic Nanoresonators
光子和等离子体共振器中的电磁腔模式提供了丰富而有吸引力的机制来定制光-物质相互作用的性质。然而，令人不安的是，对于什么构成了腔模，缺乏精确的定义，因此它们的数学性质在很大程度上仍然不明确。定义的缺乏部分地由所使用的不同的命名法-“共振”、“漏模”、“准模”-证明，仅举几例-表明腔模的耗散性质在某种程度上使它们不同于其他模，但很少作出明确的区分。这篇透视文章旨在向读者介绍一些微妙之处和工作定义，这些定义在描述泄漏光学腔和等离子体纳米谐振器的模态特性时可以严格应用。我们描述了该领域的一些最新进展，包括{光子和等离子体谐振器的准正规模的计算方法和广义有效模体积的概念，}并以光子晶体和纳米等离子体领域的几种代表性腔结构来说明该理论。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear dynamics of dissipative structures in coherently-driven Kerr cavities with a parabolic potential
本研究利用修正Lugiato-Lefever方程模型，分析含抛物线势的相干驱动克尔腔中耗散波结构的非线性动力学，揭示不同失谐区孤子特性、高阶态形成机制及泵浦提升后的呼吸子与混沌子行为，通过多种分析验证稳定性并绘制相图总结动力学图景。
2023-04-30 nlin.PS physics.optics
Camera detection and modal fingerprinting of photonic crystal nanobeam resonances
我们在模拟和实验中证明，在光子晶体纳米梁（PCN）腔的谐振模式的面外，远场散射轮廓可以用来识别谐振模式的顺序。通过用红外相机检测共振散射光，可以实验测量光学共振模式与k空间的泄漏区域之间的重叠。与泄漏区域的模式阶数相关的重叠使得能够使用共振散射作为“指纹”，通过该“指纹”，可以经由远场中的检测来识别纳米光子结构中的共振模式。通过选择性地观察PCN腔区域附近的发射，可以在空间上隔离器件的谐振散射分布，并且可以显著降低由传输线中的其他元件引入的信号噪声，从而提高谐振检测的信噪比（SNR）。这项工作表明，在面外散射测量面内传输测量的SNR增加约19 dB。这里展示的能力可以应用于改善具有模式依赖性空间场分布的纳米光子器件的特性，并增强这些器件在各种应用中的实用性。
2019-03-14 physics.optics
Low-loss Tunable 1-D ITO-slot Photonic Crystal Nanobeam Cavity
可调谐光学材料的特性使得在多功能超材料和包括光源和调制器的光子组件中的新应用成为可能。透明导电氧化物（TCO）能够通过改变它们的自由载流子浓度以及因此的等离子体色散来利用所施加的偏压高度调谐它们的光学性质。TCO材料氧化铟锡（ITO）表现出单位强折射率变化和ε近零行为。然而，通过这种调谐，源自基本Kramers-Kronig关系的相应的高光学损耗导致低腔精细度。然而，在不使用固有损耗的光物质相互作用增强技术（例如极化子模式）的情况下在ITO腔中实现高效调谐是一个挑战。在这里，我们讨论了一种新型的一维光子晶体纳米梁腔，以提供一个腔系统，提供广泛的谐振调谐范围，同时保持物理紧凑的足迹。我们表明，一个垂直的硅槽波导纳入主动门控ITO层提供~3.4 nm的调谐。通过部署分布式反馈，我们能够通过调整保持Q因子适度高。将其与来自光子（非等离子体激元）槽波导的亚衍射极限模体积（0.1（λ/2n）3）相结合，促进了超过一千的高Purcell因子。这种强烈的光-物质相互作用表明，减少腔的模体积比减少衍射限制的模腔（例如来自块状Si 3 N4的模腔）中的损耗更重要。这些可调谐腔使得未来的调制器和光源（诸如可调谐激光器）成为可能。
2017-11-08 physics.optics
On-chip Light Trapping in Bilayer Moiré Photonic Crystal Slabs
最近在纳米谐振器的形成方面已经取得了显著的进展，该纳米谐振器支持超低损耗、紧凑的电介质光子晶体，该光子晶体具有在可见光或电信波长下操作的异常高Q模式。最近，研究人员在探索二维材料中的奇异电子相时，出现了对模态工程的新见解。这种现象与两层具有高周期性空间有序性的材料（如石墨烯）之间的角度扭曲有关。莫尔图案形成，并且在特定的魔角扭曲下，电子行为显著改变，享受平坦的能量-动量色散关系。电子双电子学有一个光学类比：双层莫尔光子晶体平板可以实现平带条件。在这些条件下，传播模式具有零群速度，从而在横向和垂直方向上引起布洛赫波的无动量捕获，产生高品质因子和非常小的模式体积，最终导致Purcell效应的增强。莫尔结构腔提供的显着不同的光定位手段、非常小的模体积以及整个莫尔图案的空间确定可以操纵自发发射。这为低阈值激光、单光子源、量子电动力学、光子电路和量子信息处理等应用提供了机会。
2022-04-15 physics.optics
Simultaneous Misalignment and Mode Mismatch Sensing in Optical Cavities Using Intensity-Only Measurements
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS, Astroparticule et Cosmologie（法国国家科学研究中心，粒子与宇宙学研究所）；Institute for Gravitational Wave Astronomy, Henan Academy of Sciences（河南省科学院引力波天文研究院）
本文提出一种基于深度学习的两阶段框架，利用仅强度图像进行光学腔体的误对准和模式不匹配传感，实现高精度波前传感和模式不匹配诊断，提升精密光学系统的稳定性和灵敏度。
2026-03-30 astro-ph.IM physics.optics
Phonon Trapping Lateral Field Excited Suspended Bulk Acoustic Wave Resonators (XBARs)
University of Bristol（布里斯托大学）
研究围绕薄膜体声波谐振器在现代无线通信中的应用，针对其声场限制问题，提出将横向场激发的悬浮体声波谐振器作为替代平台构建高效微波到光信号换能器，通过制造声子捕获声学微谐振器展示了模式限制和品质因数的提高。
2026-07-08 physics.app-ph physics.optics
Observed enhanced emission at higher-order exceptional points in RF circuits
Wesleyan University（韦斯利安大学）；Institute for Modeling and Innovative Technology (CONICET - UNNE)（建模与创新技术研究所（阿根廷国家科学研究委员会-内乌肯国立大学））
本研究通过设计具有更高阶非厄密异常点退化的射频谐振腔，实现了非传统发射增强，展示了无需超高$Q$因子或小模体积的新型谐振腔设计方法。
2025-12-06 physics.app-ph physics.optics
Active Material, Optical Mode and Cavity Impact on electro-optic Modulation Performance
本文分析了三种不同的材料Si、ITO和石墨烯;以及体、槽和混合三种不同类型的模式结构;基于它们的电光和电吸收方面的性能。研究了电光调谐的三个主要特性：材料依赖性、模式依赖性和腔依赖性。该材料的特点是与建立的模型和允许的范围内，其关键参数光谱分析所需的调整，在头脑中，分类成n和k的主要区域合理的电光和电吸收的应用，分别。一个半解析的方法，与本征模计算的有限元模拟的帮助下，用于这项工作。电光调谐，即法布里-珀罗腔内的谐振位移特性的研究与模式和缩放的关注。调谐改变了由Kramers Kronig关系决定的模式的有效复折射率，该关系随后建议在谐振移位和增加的损耗之间进行权衡。分析了腔中不同模式的电调谐特性，随后选择了相对于载流子浓度和腔缩放的品质因数Δ-λ/Δ-α，以找到预期的合适区域以获得所需的调谐效果。
2016-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
An optical fiber-based probe for photonic crystal microcavities
介绍了一种新的二维光子晶体谐振腔光谱和空间特性的表征方法。光纤锥用作外部波导探针，其微米级场用于源和耦合来自腔模式的光，当其被放置在腔的近场内时，腔模式在锥的波长相关的透射光谱中表现为谐振特征。研究这些谐振的线宽和深度作为锥形相对于谐振器的位置的函数，产生谐振腔模式的品质因数Q和模态体积Veff的定量测量。当用锥形沿不同的轴探测腔时，通过研究腔模的耦合深度可以得到关于腔模的偏振信息。这种基于光纤的技术已被用来测量Q ~ 40，000和Veff ~ 0.9立方波长的渐变正方形晶格PC微腔在硅制造。这种基于光纤的探头的速度和多功能性突出，并讨论其适用于其他波长尺度的谐振元件。
2004-06-26 physics.optics
A quantum photonics model for non-classical light generation using integrated nanoplasmonic cavity-emitter systems
非经典光源的实现对于各种量子应用变得越来越重要。一种特别有趣的方法是将这些功能集成在单个芯片上，因为这可以为完全可扩展的量子光子器件铺平道路。过去已经研究了使用介电系统的几种方法。然而，仍然不理解与单个量子发射器相互作用的芯片上纳米等离子体天线如何影响在波导的引导模式中反射或传输的光子的量子统计。在这里，我们研究了一个量子光子平台组成的倏逝耦合纳米等离子体激元腔发射系统，并讨论了非经典光产生的要求。我们开发了一个分析模型，结合淬火由于纳米等离子体激元腔预测弱相干泵浦下的传输和反射的波导光的量子统计。分析预测匹配的数值模拟的基础上的主方程的方法。此外，它示出，对于谐振激励的反聚束传输的程度是最大化的最佳腔模态体积$V_{c}$和腔发射器距离$s$。在反射中，只有特定的$(V_{c},s)$组合才能获得完美的反聚束光。最后，我们的模型也适用于电介质腔，因此可以指导未来的努力，在片上非经典光源的设计和开发使用电介质和纳米等离子体腔发射系统。
2018-03-16 physics.optics
Microspherical photonics: Giant resonant light forces, spectrally resolved optical manipulation, and coupled modes of microcavity arrays
本论文研究了介质微球的新型共振推进技术，其目标是对具有相同共振的微球进行分选，这对于发展微球光子学至关重要。首先，通过将锥形微光纤固定在机械坚固的平台中来开发渐逝场耦合器。锥形是通过化学蚀刻技术获得的。使用这些平台，WGM的模态数，耦合制度和品质因数确定为各种球，并与理论进行比较。其次，研究了WGM共振均匀性优于0.05%的球构成的光子分子的光谱特性。结果表明，不同空间构型的耦合腔在光纤传输谱中呈现出相对稳定的模式分裂图样，可以作为区分这种光子分子的光谱特征。第三部分是微球所受巨共振推进力的研究。在具有足够大直径的聚苯乙烯球的悬浮液中观察到这种效应。通过集成用于单个球体操作的光镊，精确地控制了每个球体中的可调谐激光器和WGM之间的波长失谐。在实验中直接证明了光学力的共振增强。光谱的形状，位置和所观察到的推进力峰值的幅度解释了共振条件下的光动量的有效转移到微球。共振力的峰值接近动量守恒的总吸收极限。研究了球在推进过程中的横向运动，证明了稳定径向陷阱的存在。巨大的共振推进力可用于大规模分选微球，具有非均匀的共振特性。
2015-09-03 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.optics
