Influence of the bus waveguide on the linear and nonlinear response of a taiji microresonator
我们研究了单向反射器的线性和非线性响应，其中观察到洛伦兹互易性的非线性破坏。被测器件由一个跑道形微谐振器组成，带有一个嵌入式S形波导，耦合到外部总线波导（BW）。这种微谐振器的几何形状，被称为“太极”微谐振器（TJMR），允许选择性地耦合反向传播模式，这取决于入射光的传播方向，并在非线性水平，导致洛伦兹互易性的有效打破。在这里，我们表明，一个完整的描述的设备需要考虑的BW，它引入（一）法布里-珀罗振荡（FPO）由于在其方面的反射的作用，和（ii）不对称的损失，这取决于TJMR的实际位置。在足够低的功率下，非对称损耗不影响单向行为，但FP干涉条纹可以抵消S形波导的影响。然而，在高输入功率下，不对称损耗和FPO都有助于TJMR内顺时针和逆时针模式之间的能量重新分配。这强烈地修改了非线性响应，产生了反直观的特征，其中，由于FP效应和非对称损耗，BW属性可以确定违反洛伦兹互易性，特别是在两个激发方向上的透射率之间的差异。实验结果解释通过使用基于传递矩阵方法的分析模型，数值有限元模型和利用直观的干涉图。
2021-06-17 physics.optics
Microresonator-enhanced, Waveguide-coupled Emission from Silicon Defect Centers for Superconducting Optoelectronic Networks
超导光电网络可以实现基于硬件的神经形态计算无法比拟的规模。在总结了这一领域的最新进展后，我们报告了低温硅光子光源的新成果，这些架构的核心组件。
2019-12-04 physics.app-ph physics.optics
Smooth coherent Kerr frequency combs generation with broadly tunable pump by higher order mode suppression
高Q值微谐振腔是一种很有前途的通过耗散孤子产生光学频率梳的平台。为了实现更高的Q值并获得必要的反常色散，先前实现了由多模波导制成的$Si_3N_4$微谐振器。然而，多模波导中不同横模族之间的耦合会导致色散和品质因数的周期性扰动，从而对耗散孤子的形成产生扰动，并对相应的频谱产生幅度调制。因此，在传统的$Si_3N_4$微谐振器中，仔细选择泵浦波长以避免模式交叉区域是关键的。在这里，我们报告了一种新的设计$Si_3N_4$微谐振器，使单模操作，高品质因数，并同时获得异常色散。微谐振器由半圆形区域的均匀单模波导和直线区域的锥形波导组成，前者用于消除弯曲引起的模耦合，后者用于避免高阶模的激发。微谐振器的本征Q值达到$1.36 \times 10^6$，而GVD在$-50 fs^2/mm$处保持反常。我们证明，这种新型的微谐振器，宽带相位锁定克尔频率梳与平坦和平滑的频谱可以产生泵浦在任何谐振在光学C波段。
2016-02-02 physics.optics
Photonic Damascene Process for Integrated High-Q Microresonator Based Nonlinear Photonics
高限制、集成氮化硅（SiN）波导最近成为片上非线性光学器件的有吸引力的平台。具有反常群速度色散（GVD）的高Q值SiN微谐振器的制备使宽带非线性光学频率梳的产生成为可能。这种频率梳已成功地应用于相干通信和超短脉冲的产生。然而，从化学计量的高应力SiN可靠地制造高限制波导仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一种新的光子大马士革制造工艺，使应力控制和薄膜裂纹预防使用的衬底形貌。在接近于1的样品成品率下，我们制作了具有$1.35\,μ\mathrm{m}$厚波导和$3.7\times10^{6}$的光学Q因子的微谐振器，并演示了基于单时间耗散克尔孤子（DKS）的相干光学频率梳产生。我们新开发的工艺对于其他材料平台、光子集成和中红外克尔梳产生也很有趣。
2015-11-18 physics.optics
Broadband Multiresonator Quantum Memory
本文提出了一种基于微谐振腔空间频率梳的通用宽带多谐振腔量子存储器。在这里，我们发现了新的布拉格型阻抗匹配条件的耦合的微谐振器与波导场，提供了一个有效的宽带量子存储。所获得的微谐振器场的解析解使所有的记忆特性的可持续的参数控制。
2017-05-03 physics.optics
Folded chaotic whispering-gallery modes in non-convex, waveguide-coupled planar optical microresonators
混沌回音壁模式具有重要意义的光学应用和我们的理解之间的相互作用的波动现象和经典的光线极限在混沌动力学和开放的存在。在强非凸几何中，马瑟的一个定理排除了相空间中对应于在回音壁模式中循环的光线的不变曲线的存在，因此不期望有这种类型的对应模式。本文讨论了平面介质腔中电磁场的数值计算，这种介质腔由于与波导耦合而具有很强的非凸性。我们发现一个家庭的特殊状态，保留了许多功能的混乱回音壁模式已知的凸形状：强度图案对应于近掠入射沿边界的扩展部分，和相对较高的腔Q因子。模式被折叠成8字形图案，因此在自相交区域中与边界的重叠减少。这种模式将混沌回音壁模式的现象学与一个重要的技术优势相结合：能够直接连接波导而不会破坏折叠模式的Q因子。使用边界积分方法和FDTD技术，我们探讨的依赖关系的现象波长的腔体的大小，折射率对比周围的介质，和形状变形的程度。一个新的特点，区分折叠从规则的回音壁模式是，一个给定的形状将支持高Q值折叠混沌回音壁模式只在某些波长窗口。
2019-12-20 physics.optics
Universal coupler for bulk whispering gallery mode resonators based on silicon subwavelength grating waveguides
光学微谐振器在需要精细光谱滤波或谐振光再循环的光子电路中至关重要。关键性能指标随着所有应用中谐振品质因数（Q）的增加而提高。平面硅微谐振器的低品质因数（通常为Q~10^4-10^5）常常阻碍硅光子电路的性能。另一方面，体回音壁模式谐振器提供了具有有趣的光学特性和异常高的谐振品质因数Q> 10 ^7的广泛范围的材料。然而，体谐振器和平面Si光子波导之间的有效耦合被认为是具有挑战性的，如果不是不可能的话，由于尺寸和折射率的显著大的失配。在这里，我们展示了一种有效的方法来耦合体谐振器和硅波导的基础上亚波长超材料工程的硅。基于这种方法，我们实验证明了220 nm厚的Si波导与直径在0.3-3.5 mm范围内的二氧化硅、碳酸锂和氟化钙制成的体微谐振器之间的耦合，实现了75-99%的高耦合效率和10^6-10^7的优异Q值。这些结果为体谐振器和硅光子电路的异质集成开辟了一条新的途径，在传感，微波光子学和量子光子学等领域具有巨大的应用潜力。
2021-05-10 physics.optics
Exploiting Ultralow Loss Multimode Waveguides for Broadband Frequency Combs
高约束波导中的低传播损耗对于基于芯片的非线性光子学应用是至关重要的。通常需要产生亚纳米粗糙度的复杂制造工艺来减少波导界面处的散射点，以实现超低传播损耗。在这里，我们展示了超低的传播损耗，通过使用高度多模结构来整形模式，以减少其与波导接口的重叠，从而放宽了制造工艺要求。微谐振器的固有品质因数（Q）为31.8 $\pm$ 4.4万的实验证明。虽然微谐振器支持10个横模，但当使用非线性绝热弯曲时，仅基模被激发，并且没有观察到高阶模。测量了73 $μ$ W的参量振荡阈值泵浦功率，并在多模微谐振器中产生了宽频带、几乎跨越倍频程的单孤子频率梳，在1097 ~ 2040 nm（126 THz）的光谱范围内没有任何高阶模的特征。这项工作提供了一种设计方法，可以应用到不同的材料平台，以实现和使用超高Q值多模微谐振器。
2020-12-08 physics.app-ph physics.optics
Tunable strong coupling of two adjacent optical λ/2 Fabry-Pérot microresonators
光学半波微谐振器能够控制量子系统周围的光模密度，从而改变时间发射特性。如果耦合率超过阻尼率，则可以实现微谐振器和量子系统之间的强耦合，从而导致相干能量交换和新的混合模式的产生。在这里，我们研究两个相邻的λ/2法布里-珀罗微谐振器之间的强耦合，其中一个微谐振器的谐振可以被主动调谐到另一个微谐振器的谐振。耦合微谐振器的透射谱表现出明显的反交叉特性，证明了两个腔模之间的强耦合。此外，我们可以通过改变谐振腔的几何形状来改变耦合率，从而研究与定义明确的模型系统强耦合的基本原理。最后，我们将表明，这样的耦合系统在理论上可以模拟耦合阻尼谐振子。
2019-08-05 physics.optics
Ultrahigh-$Q$ on-chip silicon-germanium microresonators
我们展示了全结晶，单模MEMS品质因数集成微谐振器，包括外延生长的硅$_{0.86}$锗$_{0.14}$波导芯与硅包层。这些波导支持与内部$Q >10^8$的谐振，用于两种偏振模式，与现有集成Si光子平台相比，几乎有数量级的改进。对于横向磁（TM）偏振模式，最大$Q$为$1.71\pm0.06 \times 10^8$，对应于$0.39\pm0.02$ dB/m的损耗。再加上硅的强克尔非线性和低损耗的光学，微波和声学制度，我们的研究结果可能会导致硅$_{1-x}$锗$_x$ /硅架构解锁重要的新途径克尔频率梳，光学力学和量子转换。
2021-11-19 physics.app-ph physics.optics
Low-loss silicon nitride Kerr-microresonators fabricated with metallic etch masks via metal lift-off
针对氮化硅反应离子蚀刻中厚光刻胶掩模导致的高深宽比与侧壁质量问题，提出金属剥离金属掩模，实现30:1蚀刻选择比并制备低损耗Kerr微环和宽带频率梳。
2025-06-06 physics.optics
Q-enhanced racetrack micro-resonators
提出了一种用于跑道型微谐振器的$Q$增强策略。该设计是基于谐振器的几何形状的修改，以减轻在弯曲波导的存在下的辐射损耗的两个主要来源：在直波导和弯曲部分之间的接合处的不连续性，以及在弯曲波导扇区的连续损耗。同时，几何形状的修改不影响跑道谐振器在集成光路中耦合的多功能性，这是它们优于环形微谐振器的主要优点。该建议被应用到高$Q$赛道谐振器的氮化硅CMOS兼容平台的弯曲半径适合大规模的光子集成的设计。数值计算表明，在$100\%$改善$Q$因子在$\text{Si}_3\text{N}_4/\text{SiO}_2$谐振器。
2016-11-23 physics.optics
Bottle microresonator with actively stabilized evanescent coupling
利用Pound-Drever-Hall技术实现了回音壁模瓶型微谐振腔与亚波长直径耦合光纤之间的倏逝波耦合的主动稳定。我们演示了临界耦合谐振器的稳定性，控制带宽为0.1 Hz，产生的剩余传输（9 \pm 3）\times 10^-3超过一个小时。同时，谐振器模式的频率被主动稳定。
2011-08-09 physics.optics
Dual-microcomb generation in a synchronously-driven waveguide ring resonator
微梳--在相干驱动的非线性微谐振器中产生的光学频率梳--在过去的十年里引起了人们的极大关注。在单个谐振器装置中产生两个这样的梳的能力已经特别地实现了从光谱学到成像的许多应用。与此同时，新型的梳产生技术，如同步脉冲驱动已经发展到提高微梳产生的效率和灵活性。在这里，我们报告的第一个实验演示的双微梳产生通过同步脉冲泵浦一个单一的微谐振器。具体来说，我们使用两个电光产生的脉冲序列来自一个共同的连续波激光器，同时驱动两个正交的偏振模式的集成石英环形谐振器，观察相干耗散克尔腔孤子梳的产生在两个偏振轴上。由于谐振腔的双折射，两个孤子梳与不同的重复率相关联，从而实现了双微梳源。为了说明源的应用潜力，我们展示了概念验证光谱测量。
2021-09-12 physics.optics
Investigation of Mode Coupling in Normal Dispersion Silicon Nitride Microresonators for Kerr Frequency Comb Generation
由微谐振器产生的克尔频率梳是研究的热点。大多数研究采用微谐振器与异常色散，调制不稳定性被认为是起着关键作用，在启动的comb.Comb代正常色散微谐振器也有报道，但不太了解。在这里，我们报告了一个详细的调查少模，正常色散氮化硅微谐振器，显示模式耦合可以强烈修改本地色散，甚至改变其符号。我们证明了模式耦合和启动梳产生之间的联系，通过实验显示，第一次我们所知，钉扎的模式交叉频率附近的初始梳边带之一。与此相关的路线梳形成，我们观察到直接生成的相干，带宽有限的脉冲，重复率下降到75 GHz，而不需要首先通过一个混乱的状态。
2014-05-23 physics.optics
Higher order mode suppression in high-Q anomalous dispersion SiN microresonators for temporal dissipative Kerr soliton formation
高Q氮化硅（SiN）微谐振器使光克尔频率梳产生的光子芯片上，最近已被证明支持完全相干梳的基础上的时间耗散克尔孤子的形成。为了形成亮孤子，需要在多模区操作SiN波导，以产生反常的群速度色散。由于不同模族之间的耦合避免了交叉，这可能导致色散的局部扰动，从而阻止孤子的形成。在这里，我们证明了高Q谐振器内部的单模“滤波”部分能够有效地抑制避免的交叉，同时保持高品质因数（Q~ 10 ^6）。我们通过在具有滤波段的SiN谐振腔中形成单孤子来演示这种方法。
2015-11-17 physics.optics
Strong polarization mode coupling in microresonators
我们观察到强烈的模式之间的TE00和TM00模式的Si3N4环形谐振器显示避免交叉相应的共振耦合。这样的耦合导致谐振频率在交叉点周围的宽范围上的显著偏移。这导致比固有色散大一个数量级的有效色散，并产生宽的异常色散窗口。我们还观察到由于偏振模和高阶模交叉在Si3N4微谐振器中产生的频率梳状谱的变化，并提出了避免这些影响的方法。或者，这种偏振模式交叉可以用作微谐振器中色散工程的新工具。
2014-05-20 physics.optics
Reduction of thermal instability of soliton states in coupled Kerr-microresonators
针对氮化硅微环谐振器热噪声影响微梳稳定性的问题，本文结合实验与有限元仿真表征热响应，并通过泵浦频率快速控制及可调耦合谐振器模式相互作用稳定孤子脉冲。
2024-12-05 physics.optics
Inter-mode reactive coupling induced by waveguide-resonator interaction
我们报告的联合理论和实验研究的集成光子器件组成的单模波导垂直耦合到盘形微谐振器。从开放系统的一般理论出发，我们展示了相邻波导的存在如何在谐振器中诱导反应性模间耦合，类似于来自原子物理学的非对角兰姆位移。这种耦合的可观察后果表现为波导传输谱中的奇特Fano线形。全矢量三维有限元数值模拟验证了理论预测，并通过实验证实。
2014-07-18 physics.optics
Modulational instability of nonlinear polarization mode coupling in microresonators
我们研究了微谐振器中非线性模耦合引起的极化效应下的频率梳产生。推导了一组耦合的时间Lugiato-Lefever方程来模拟传播动力学，并深入研究了它们的多稳态齐次稳态解的调制不稳定性.结果表明，通过非线性交叉相位调制相互作用的共同传播场可能会出现新的不稳定性。这些不稳定性显示不同的属性，从他们的标量对应，并示出在非相干耦合的频率梳状状态的新类型的产生的结果。
2018-02-13 physics.optics
Semiclassical theory of frequency combs generated by parametric modulation of optical microresonators
本文提出多量子半经典理论，通过优化微谐振腔参数调制的空间分布，在最小功耗下实现最强光学频率梳，并证明SNAP瓶型微谐振腔可以远小于跑道型微谐振腔的尺寸产生相似频率梳。
2023-04-18 physics.optics
Dynamics of mode-coupling-induced microresonator frequency combs in normal dispersion
我们从实验和理论上研究了在正常群速度色散（GVD）机制下，由模式耦合辅助的基于微谐振器的频率梳产生的动力学。我们表明，模式耦合可以启动腔内调制不稳定性（MI）的直接扰动的泵谐振模式。我们还观察到一个低噪声梳的形成，作为泵的频率进一步调谐到共振从MI点。我们确定的相位匹配条件，准确地预测MI和梳状谱的所有基本特征，并将现有的模耦合和高阶色散之间的类比扩展到正常的GVD制度。我们讨论了我们的分析的可能性，在正常的GVD制度的宽带梳产生的适用性。
2016-10-04 physics.optics
Analysis of Kerr comb generation in silicon microresonators under the influence of two-photon absorption and free-carrier absorption
克尔频率梳的产生依赖于专用的波导平台，这些平台针对超低损耗进行了优化，同时提供了相对有限的功能，仅限于无源构建模块。与此相反，硅光子平台提供了高度发展的高性能器件组合，但由于强双光子吸收（TPA）和随后的自由载流子吸收（FCA），被认为本质上不适合在近红外（NIR）电信波长下产生克尔梳。在这里，我们提出了一个理论研究，量化TPA和FCA对克尔梳形成的影响，这是基于修改后的版本的Lugiato-Lefever方程（LLE）。我们发现，硅微谐振器可用于克尔梳产生在近红外，提供的TPA产生的自由载流子在波导芯的停留时间减少由反向偏置的p-i-n结，并适当地选择泵浦参数。我们验证我们的分析预测与时间积分的LLE，我们提出了一个具体的设计硅微谐振器，甚至可以支持形成耗散克尔孤子梳。
2020-04-01 nlin.PS physics.optics
Ultra-high Q whispering-gallery-mode bottle microresonators: properties and applications
高度扁长形回音壁模式的“瓶微谐振器”最近吸引了相当大的关注，由于其优越的性能。我们的实验表明，这样的谐振器提供超高的品质因数，微观模式体积，和近无损的光耦合和输出使用超薄光纤。此外，瓶微谐振器具有简单和可定制的模式结构。这使得能够使用机械应变和在分插配置中同时耦合两个超薄耦合光纤来实现完全可调谐性。我们提出了基于这些特性的两个应用：在腔量子电动力学实验中，我们主动稳定的频率的瓶微谐振器的原子跃迁，并在超高真空环境中操作它，以耦合单个激光冷却原子的谐振腔模式。在第二个实验中，我们表明，瓶微谐振器可以用作低损耗，窄带分插滤波器。利用石英谐振器材料的克尔效应，我们进一步证明了这种器件可以用于单波长全光信号处理。
2011-05-02 physics.optics
Monolithic whispering-gallery mode resonators with vertically coupled integrated bus waveguides
我们报告的实现和光学特性的CMOS兼容的硅基微谐振器/波导耦合系统，完全集成在硅芯片上。该器件在谐振器和掩埋条形波导之间采用垂直耦合方案。我们证明了它的高光学质量来自波导拓扑的精确平坦化。更重要的是，我们展示了一个晶圆级的大规模制造的独立平面谐振器悬浮在空气中，并耦合到集成总线波导。耦合距离的纳米控制允许谐振器的不同模式族的精确和选择性激发。这为实现用于光学机械和MEMS应用的稳定的全集成复合谐振器系统打开了大门，具有替代目前密集使用的复杂光纤锥形耦合方案的潜力。
2011-02-11 physics.optics
Integration of an optical fiber taper with an optical microresonator fabricated in glass by femtosecond laser 3D micromachining
本文报道了一种高品质因数的微环谐振器的研制。例如，在临界耦合条件下测量的Q因子为约3.24x10^6），使用飞秒激光三维（3D）微加工。光耦合进和出的微谐振器已经实现了可靠地组装与微环的光纤锥。通过使用CO2激光照射将光纤锥焊接到微环的侧壁上来实现光纤锥到微环的组装。集成微谐振器在空气中测量时保持3.21x10^5的高Q因子。
2014-02-06 physics.optics
Higher-order optical resonance node detection of integrated disk microresonator
我们已经证明了高阶光谐振节点检测通过使用一个集成的磁盘微谐振器通过端口的耦合总线波导。除了基模外，圆盘谐振器还具有高阶回音壁模。激发的二阶高阶模式在基模的电磁能量接近最大值的位置处具有节点。光学谐振模式分布的这种高分辨率测量具有用于光学感测和检测的各种应用。两种光学共振模式的自参考特性具有实现独立于外部扰动（例如温度变化）的光学检测的潜力。
2011-08-04 physics.bio-ph physics.optics
High-Q Whispering-Gallery-Modes Microresonators in the Near-Ultraviolet Spectral Range
高$Q$回音壁模式微谐振器是开发紧凑型相干源（如单频激光器或频率梳）的基石。本文报道了近紫外区回音壁微球的详细特性。谐振器中的光耦合是由于一个强大的角度抛光光纤允许调查不同的耦合制度。在420 nm波长下报告了$2.2 \times 10^8$的固有$Q_0$因子和$7.3 \times 10^4$的精细度。物理机制有助于$Q_0$ -因素进行了讨论，并绘制路线，以提高性能。这种高$Q$因子和高精细度是简化基于WGM微谐振器的光子器件研究的关键因素。
2022-11-07 physics.optics
Compact, spatial-mode-interaction-free, ultralow-loss, nonlinear photonic integrated circuits
基于集成电路的非线性光子学已经实现了诸如参量放大器、孤子频率梳、超连续谱和非互易器件的应用。超低的光损耗和色散工程的能力是必不可少的，这就需要使用多模波导。尽管不同空间波导本征模之间的丰富相互作用可以引起新颖的非线性现象，但空间模式相互作用通常是不期望的，因为它增加光学损耗，扰动局部色散分布，并阻碍孤子形成。绝热弯曲，如欧拉弯曲，其曲率随其路径长度线性变化，有利于抑制空间模式相互作用。绝热弯曲本质上可以通过绝热模式转换将任意两个波导段连接起来，从而有效地避免了由于模式失配引起的模式混合。然而，以前的工作缺乏定量的测量数据和分析，以公平地评估绝热性，并没有基于光子集成电路与紧密的光限制和几dB/m的光损耗。在这里，我们适应，优化，并实现欧拉弯曲，以建立紧凑的跑道微谐振器的基础上超低损耗，多模，氮化硅光子集成电路。跑道型微谐振器的特点是占地面积小，19.8 GHz FSR时仅为0.21 mm^2。本文定量研究了具有欧拉弯曲的跑道型微谐振器对空间模相互作用的抑制。我们表明，光损耗率（15.5 MHz）被保存，与模式相互作用强度（25 MHz）。这导致未扰动的微谐振器色散分布。我们进一步证明了19.8 GHz重复率的单孤子。优化的欧拉弯曲和跑道微谐振器可以成为集成非线性光子系统、可编程处理器和光子量子计算的关键构建模块。
2021-09-14 physics.app-ph physics.optics
Level repulsion in hybrid photonic-plasmonic microresonators for enhanced biodetection
我们从理论上分析了高Q值回音壁模（WGM）谐振器和核壳纳米粒子之间的光子等离子体耦合。WGM共振的蓝移和红移是由光子和等离子体激元模式的交叉引起的。混合系统中的水平排斥进一步被认为能够提高WGM传感器的灵敏度：当两个谐振器失谐一半的等离子体激元线宽时，灵敏度最大。给出了近似的界限来量化可能的增强。还建立了电抗性与电阻性耦合的标准。
2013-08-27 physics.optics
Fundamental thermal noise in droplet microresonators
液滴回音壁模式微谐振器为光机械学和光子学器件开辟了一个新的研究领域。在可见光波长，其中大多数液体是透明的，一个主要的贡献，液滴光学品质因数，预计理论上从热表面畸变和毛细管波。在这里，我们调查实验这些预测使用瞬态腔衰荡光谱。通过这种方式，可以独立测量光耦合输出和固有损耗，同时由于超短的光腔相互作用时间，避免了热噪声、声学噪声和激光频率噪声引起的任何扰动。测量结果表明，光子寿命比热极限长十倍，并表明毛细波动激活负责光耦合的表面散射效应。
2016-09-28 physics.optics
Spatial-mode-interaction-induced dispersive-waves and their active tuning in microresonators
光脉冲在介质波导和谐振器中的非线性传播为研究各种显著的相互作用提供了实验室。许多由此产生的现象在光学系统中找到应用。一个例子是色散波的产生，切伦科夫辐射的光学模拟。这些波在光谱学和计量学中常规使用的光纤光谱展宽器中具有重要作用。当孤子脉冲由于高阶色散而开始辐射功率时，色散波形成。最近，人们报道了在微腔中通过相位匹配色散波到耗散克尔腔（DKC）孤子来产生色散波。在这里，它示出的微腔内的空间模式的相互作用也可以用来诱导色散波。在DKC孤子产生中，这些相互作用通常是完全避免的。孤子的自频移也被证明诱导色散波频率的微调控制。这种机制和空间模式相互作用提供了一种新的方法来光谱控制这些重要的波。
2016-06-03 physics.optics
Theory of nonlinear whispering gallery mode dynamics in a cylindrical microresonator with a radius variation
Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）
本文提出了一种综合模型，用于描述具有有效半径变化的圆柱微谐振器中电场的Kerr非线性动力学，并与辐射源耦合。该模型考虑了完整的方位色散以及辐射源对微谐振器中场的影响，耦合系数通过实验确定。该模型成为研究非线性效应、产生轴向-方位模式和光学频率梳的强大工具。通过优化光源耦合点，该模型实现了非线性阈值的两倍改进。
2023-03-10 physics.optics
Engineered mode coupling in high-Q microresonators enables deterministic low-repetition-rate soliton microcombs
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
通过工程化模式耦合克服长腔中双模式泵浦的挑战，实现低重复率孤子微梳的确定性生成。
2026-03-27 physics.optics
Reconfigurable microresonators induced in side-coupled optical fibers
该研究通过侧向耦合弯曲光纤诱导出可机械重构的高 Q 值回音壁模式微谐振腔，实现了尺寸和自由光谱范围的宽范围调谐，为可调谐光子器件提供了新平台。
2023-04-12 physics.optics
Phase-sensitive symmetry breaking in bidirectionally pumped Kerr microresonators
理论与实验证明Kerr微腔中反向模式间的背向散射线性耦合使光态强度不对称性对等功率双向泵浦的相对相位高度敏感，可确定性控制不对称性并调节自发对称性破缺阈值，对超灵敏光子传感器开发具重要前景。
2024-07-24 physics.optics
Coupled Lugiato-Lefever equation for nonlinear frequency comb generation at an avoided crossing of a microresonator
微谐振器中的导模耦合通常通过避免相应谐振的交叉来表现自身。这种耦合可以通过创建两个分支来强烈修改谐振器局部有效色散，这两个分支在光谱区域中具有相反符号的色散，否则光谱区域将以正（正常）或负（异常）色散为特征。在本文中，我们研究，分析和计算，在避免交叉使用耦合Lugiato-Lefever方程的非线性频率梳产生的一般性质。特别地，我们发现当两个分支都被抽运时，通过适当选择抽运功率和失谐参数，可以激发出亮孤子和宽带频率梳。发现了孤子产生的确定性路径。
2017-03-05 physics.optics
Tailoring microcombs with inverse-designed, meta-dispersion microresonators
本研究提出逆向设计方法，通过优化微谐振器的超色散实现微梳光谱定制，结合遗传算法与光子晶体谐振器双向模式杂化制备器件，大幅拓展了光学态非线性动力学的设计空间。
2023-07-05 physics.optics
Ultra-high-Q tunable whispering-gallery-mode microresonator
典型的微谐振器在谐振之间表现出大的频率间隔和有限的可调谐性。这阻碍了它们在需要微腔的谐振与预定频率一致的大类应用中的使用。在这里，我们通过实验克服了这一限制，使用由标准光学玻璃纤维制成的高度扁长形回音壁模式“瓶微谐振器”。我们的谐振器结合了3.6亿的超高品质因数、小模体积和近无损光纤耦合（回音壁模式谐振器的特征），以及可实现完全可调谐性的简单可定制模式结构。
2010-07-05 physics.optics
Broadband Resonator-Waveguide Coupling for Efficient Extraction of Octave Spanning Microcombs
在片上克尔非线性微谐振器中，已经成功地实现了跨越一个倍频程的频率梳。这些微梳依赖于工程色散和工程耦合两者，工程色散使得能够生成跨倍频程的频率分量，工程耦合使得能够有效地将所生成的光提取到接入波导中，同时保持接近临界耦合的泵浦。后者是具有挑战性的，因为接入波导和环形模式之间的空间重叠随频率衰减。这导致在整个倍频程上的强耦合变化，在短波长处的提取较差。在这里，我们研究如何波导缠绕在谐振器的一部分，在滑轮计划，可以提高提取的倍频程跨越微梳，特别是在短波长。我们使用耦合模式理论来预测的滑轮耦合器的性能，并表现出良好的协议与实验测量。使用一个最佳的滑轮耦合设计，我们证明了20 dB的改善提取在短波长相比，直波导耦合。
2019-09-20 physics.optics
Modes trimming and clustering in a weakly perturbed high-Q whispering gallery microresonator
通常，高Q值微谐振器可以容纳丰富的回音壁模式（WGM），模式数随着微谐振器的尺寸而增加。在重组剩余模式的同时去除不必要的模式是至关重要的，然而，这已被证明是具有挑战性的，并且通常导致与微谐振器的Q的折衷。在这里，我们揭示了一个有效的和可控的模式修剪和集群机制的基础上产生的多边形和星形模式的弱扰动锥形光纤耦合锂钛酸盐回音壁微谐振器。在实验上，通过调节激发波长或改变锥形光纤与圆形微谐振腔之间的耦合位置，在单个微谐振腔中依次观察到了各种多边形和星形模，这与我们的理论模型可以很好地再现。这一发现提供了一个无处不在的解决方案，广泛的应用需要精心选择和组织的高Q WGM。
2022-10-25 physics.optics
Optomagnonic whispering gallery microresonators
亚铁磁绝缘体中的磁振子，如钇铁石榴石（YIG），最近出现的微波电路中的相干信息处理的有前途的候选人。在这里，我们演示了由氮化硅光子波导询问的YIG球的光学回音壁模式，在电信c波段表面处理后的品质因数接近$10^6$。此外，与传统的法拉第设置相反，这种实现方式允许与磁化共线偏振的输入光子被散射到正交偏振的边带模式。这种布里渊散射过程通过三重共振磁振子，泵浦和信号光子模式增强-所有回音壁性质-在“光磁腔”内。我们的研究结果表明，磁振子介导微波光载波转换的潜在用途。
2015-10-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Widely tunable SNAP microresonators induced at the optical fiber intersections
Aston Institute of Photonic Technologies, Aston University（阿斯顿光子技术研究所，阿斯顿大学）
本文研究了通过光纤弯曲、倾斜和扭转调节微谐振器自由光谱范围的方法，提出了一种基于弱扭曲光纤的理论模型，揭示了光纤曲率对谐振器形状和光谱的影响。
2026-10-21 physics.optics
Ultrahigh-Q chalcogenide micro-racetrack resonators
本研究利用欧拉曲线设计硫系微跑道谐振器，实现超高Q值、低损耗和非线性，为光子集成提供新平台。
2025-10-09 physics.app-ph physics.optics
Broadband gain induced Raman comb formation in a silica microresonator
高Q值石英回音壁模式微谐振器是一个很有吸引力的平台，可以在其上演示各种波长范围内的宽相位锁定拉曼梳。拉曼梳可用于紧凑型脉冲激光源、传感器、光学时钟和相干断层扫描等应用。然而，拉曼梳的形成动力学尚未得到很好的利用。在这里，我们研究的拉曼梳形成的石英棒微谐振器，在微波速率的腔自由光谱范围内的动力学。我们生成了具有平滑光谱包络的拉曼梳，并且还观察到位于不同中心波长的两个拉曼梳之间的跃迁。通过改变抽运光的失谐量和微谐振腔与光纤的耦合强度，得到了光纤的跃迁特性。我们还解释了这些现象，通过使用一个简单的模型的基础上耦合模式方程。
2017-12-14 physics.optics
Frequency comb stability, bistability, and self-starting in normal dispersion microresonators
US Army Research Laboratory（美国陆军研究实验室）
本研究考察正常色散微谐振器中platicon的稳定性，揭示其稳定区域、高功率双稳态指状区，发现platicon可在稳定与调制不稳定区域重叠处自启动。
2026-10-19 physics.optics
All-optical switching and strong coupling using tunable whispering-gallery-mode microresonators
我们回顾了我们最近的工作，可调谐，高品质因数回音壁模式瓶微谐振器，并强调其在非线性光学和量子光学实验中的应用。我们的谐振器结合了高达Q = 3.6 \times 10^8的超高品质因数、小模体积和近无损光纤耦合，以及可实现完全可调谐性的简单可定制模式结构。我们从理论和实验上研究了当谐振腔工作在分插结构时，通过克尔效应实现的非线性全光开关。这使我们能够以高效率在两个光纤端口之间光学路由单波长cw光信号。最后，我们报告了单个铷原子与主动稳定的瓶形微谐振器的超高Q模式的强耦合的进展。
2011-07-27 physics.optics quant-ph
Generalized Theory of Optical Resonator and Waveguide Modes and their Linear and Kerr Nonlinear Coupling
从第一性原理出发，导出了介质光谐振腔模间线性耦合和克尔非线性耦合的一般理论。的治疗是不特定于一个特定的几何形状或选择的模式的基础，因此可以被用来作为一个基础，用于描述任何现象所造成的任何组合的线性耦合，散射和克尔非线性，如弯曲和表面粗糙度损失，几何背散射，自和交叉相位调制，四波混频，三次谐波产生和克尔频率梳产生。然后将该理论应用于一个几何对称波导，以计算倏逝波耦合强度的模式放置在附近的微谐振器，以及克尔的自和交叉相位调制项之间的模式的谐振器。然后，这是用来推导出一个无量纲方程描述的两个反向传播模式的环形谐振器和证明，交叉相位调制是完全一样的情况下，两个反向传播模式，否则相同的自相位调制的两倍强。
2021-10-07 physics.optics
Kerr-Nonlinearity-Induced Mode-Splitting in Optical Microresonators
光学微谐振器中的克尔效应对于集成光子器件起着重要作用，并且能够实现三次谐波产生、四波混频以及基于微谐振器的频率梳的产生。在这里，我们实验证明，克尔非线性可以分裂超高Q值的微谐振腔谐振的两个连续波激光器。共振分裂是由自相位调制和交叉相位调制引起的，并且反直觉地使不同波长的两个激光器能够同时在相同的微谐振器模式中共振。我们开发了一个泵浦探测光谱方案，使我们能够测量功率依赖的共振分裂高达35腔线宽（对应于52 MHz）在10 mW的泵浦功率。将谐振分离一个腔线宽所需的功率仅为286 $μ$ W。此外，我们证明了三重共振分裂时，考虑到四波混频和两个反向传播的探测激光。这些克尔分裂是感兴趣的应用，需要在光学控制的偏移，如两个共振。用于光学机械耦合到声子模式、光学存储器和可精确调节的光谱滤波器。
2021-01-25 physics.optics
Coupling of a whispering gallery mode to a silicon chip with photonic crystal
利用硅光子晶体波导作为耦合器，实现了硅回音壁模式微谐振器与硅片的高效耦合（99.5%）。有效耦合归因于两个器件之间的小的有效折射率差。光子晶体波导模式的大群折射率也有助于有效耦合。获得了2.68*10^6的耦合Q，这使得我们能够实现本征Q接近10^7的二氧化硅回音壁模式与Si芯片的临界耦合。
2019-09-13 physics.optics
Gain lifetime characterization through time-resolved stimulated emission in a whispering-gallery mode microresonator
精确测量特定波长下的增益寿命对于理解光子器件的特性和进一步提高其性能具有重要意义。在这里，我们表明，增益的演变可以很好地通过测量线宽变化的光学模式在微谐振器的特点，这种方法不能实现使用时间分辨光致发光（PL）光谱。我们用掺铒高Q值回音壁微谐振器来说明这种方法的可行性。随着抽运激光器关闭后时间的增加，探测信号的透射光谱呈现出从洛伦兹峰到谷的转变，这表明光学增益的衰减，并且相应的寿命估计为5.1 ms。此外，锥形光纤耦合用于增加抽运和收集效率。这种方法可以扩展到其他材料和纳米结构。
2018-10-09 physics.optics
Analysis of bistability at the coupling between waveguide and whispering gallery modes of a nonlinear hemicylinder
本文从理论和数值分析两方面研究了平行板波导与非线性半圆柱晶体模耦合引起的光学双稳现象。在这样的系统中，波导通道被耦合到半圆柱微谐振器的回音壁模式，确保在几MW/cm 2量级的输入强度下的回音壁行为。系统的特征最小切换时间（约30 ps）可以通过改变耦合波导和回音壁模式的金属层的厚度来控制。这取决于品质Q因子的变化以及谐振器的耦合系数。该系统的主要优点是制造简单，3微米量级的小尺寸和通过利用电光效应来调整工艺的可能性。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
An interferometric method to estimate the eigenvalues of a Non-Hermitian two-level optical system
非厄米物理学在光学中找到了肥沃的土壤。近年来，模简并（即例外点）的研究导致了一些有趣的和违反直觉的现象的发现。简并通常通过耦合模理论建模，以确定本征态和本征值的行为。然而，特征值的复杂性质使得它们很难从反应谱中直接表征。在这里，我们表明，相干干涉激发允许估计的实部和虚部的特征值。研究了光微谐振腔中存在厄米和非厄米模间耦合时的顺时针和逆时针模。我们展示了一个共振偶极子，由于表面粗糙度后向散射造成的耗散耦合的反向传播模式，合并到一个单一的洛伦兹的条件。这允许在不存在由后向散射引起的模式耦合的情况下估计微谐振器的最佳品质因数。此外，我们证明了太极微谐振器工作在一个特殊的点显示出简并分裂只在一个传播方向，而不是在其他。这是由内部S形波导引起的强烈的非厄米特模间耦合引起的。
2021-12-07 physics.optics
Tunable frequency combs based on dual microring resonators
为了在微谐振器中实现有效的参数频率梳产生，腔和总线波导之间的耦合的外部控制是必要的。然而，对于无源单片集成结构，耦合间隙是固定的并且不能被外部控制，使得调谐耦合固有地具有挑战性。我们设计了一种双腔耦合微谐振器结构，其中调谐一个环谐振频率会引起整个腔耦合条件的变化。我们证明了广泛的消光调谐效率高，工程环耦合条件。此外，我们注意到一个独特的色散可调谐性所造成的耦合两个腔的路径长度略有不同，并提出了一种新的方法的模式色散工程。我们制作的器件由两个耦合的高品质因数氮化硅微谐振器组成，其中谐振的消光比可以使用集成微加热器来控制。使用这种消光可调谐性，我们优化梳产生效率，以及提供可调谐性，以避免高阶模式交叉，已知的降级梳产生。该装置能够提供110倍的梳产生效率的改进。最后，我们展示了使用低噪声锁相梳状线作为波分复用信道的开眼图。
2015-05-26 physics.optics
