Shielded cantilever with on-chip interferometer circuit for THz scanning probe impedance microscopy
我们已经实现了一个基于微带太赫兹近场悬臂,使在太赫兹频率(0.3太赫兹)的探针针尖的阻抗的定量测量。一个关键特性是片上平衡混合耦合器,可用作无源信号消除的干涉仪,以提高读出电路的灵敏度,尽管尖端存在极端阻抗失配。我们观察到不同的电介质(Si,SrTiO 3)和金属样品(Au)接触时,尖端的反射系数的明显变化。通过比较有限元模拟,我们确定我们的太赫兹探头的灵敏度远低于0.25 fF。悬臂还允许在常规原子力显微镜模式下进行形貌成像。我们的太赫兹悬臂消除了几个关键的技术挑战,从而使屏蔽悬臂基于太赫兹近场显微镜。
2019-06-27 physics.app-ph physics.ins-det
On-chip self-sensing enhancing actuation for MEMS/NEMS with large efficiency
由于材料选择、损耗大、高频限制、灵敏度低、可靠性差和可集成性差等诸多困难,实现任意谐振器的片上MEMS/NEMS换能器是困难的。我们展示了一个通用的片上换能方案,它可以适用于任何MEMS/NEMS谐振器。我们为任何谐振器实现所有电气、片上MEMS/NEMS。
2018-05-18 physics.app-ph
Synchronous Chip-to-Chip Communication with a Multi-Chip Resonator Clock Distribution Network
超导数字电路是构建高能效、高计算密度的封装级集成系统的一种很有前途的方法。在这样的系统中,安装在多芯片模块(MCM)上的芯片之间的数据链路的性能是性能的关键驱动因素。在这项工作中,我们报告了一个同步的数据链路,使用互易量子逻辑(RQL),使芯片上的谐振时钟分布和MCM载体。简单的物理链路只有四个约瑟夫森结和3 fJ/位耗散,包括300 W/W的冷却开销。该驱动器产生35 GHz模拟带宽的信号,并通过20 $Ω$ Nb无源传输线(PTL)连接到单端接收器。为了验证这一联系,我们设计、制造并测试了两个32 $\times$ 32 mm $^2$ MCM,其中8个5 $\times$ 5 mm $^2$芯片串联连接并由曲折时钟供电,以及4个10个$\times$ 10 mm $^2$芯片由2 GHz谐振时钟供电。曲折时钟MCM验证了数据链路组件的性能,并实现了5.4 dB的交流偏置裕度,相对于单个芯片测试没有退化。谐振器MCM验证芯片之间的同步,两个芯片之间的实测交流偏置裕度高达4.8 dB。谐振器MCM能够为四个芯片上的400万个约瑟夫森结电路供电,预计串行数据速率为10 Gbps。
2022-07-18 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Coherent coupling of single molecules to on-chip ring resonators
我们报告的低温耦合的有机分子环微谐振器通过循环亚波长波导(纳米波导)。我们讨论了基于芯片的纳米光子元件的制造和表征,该元件在被分子晶体覆盖时产生约20的谐振器精细度。我们观察到的单分子消光下降达到22%,与预期的Purcell增强高达11倍一致。未来的努力将致力于通过与环形微谐振器模式的相互作用有效地耦合少数分子,为实现量子光学合作效应奠定基础。
2019-02-15 physics.app-ph quant-ph
Measuring Reactive-Load Impedance with Transmission-Line Resonators Beyond the Perturbative Limit
Columbia University(哥伦比亚大学);Howard University(霍华德大学);National Institute for Materials Science(国立材料研究所);RTX BBN Technologies(RTX BBN科技公司);Northeastern University(东北大学)
本文提出一种分析框架,用于从超导传输线谐振器中提取电路参数和损耗正切,突破微扰极限。通过电路仿真、有限元建模和实验验证,提取了六方氮化硼的介电常数和损耗正切,并提供了设计指导以提高能量参与比和材料测量精度。
2026-03-30 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Spiral resonator referenced on-chip low noise microwave generation
提出基于氮化硅螺旋谐振器锁定双激光器并利用宽带集成电光梳分频的片上光子微波产生方案,在10 Hz–10 kHz偏移下实现平面芯片振荡器创纪录的低相位噪声。
2025-02-19 physics.app-ph physics.optics
High Impedance Granular Aluminum Ring Resonators
Karlsruhe Institute of Technology(卡尔斯鲁厄理工学院);Stuttgart University(斯图加特大学)
本研究利用颗粒铝密集蜿蜒走线开发了阻抗超100kΩ的超电感器,并构建了在单光子区具有高品质因数的环形谐振器,为受保护量子比特及相位滑移物理研究提供了关键支持。
2025-06-09 physics.app-ph quant-ph
On-chip label-free biosensing based on active whispering gallery mode resonators pumped by a light-emitting diode
基于回音壁模式(WGM)谐振器的生物传感由于其优异的灵敏度和无标记检测能力而受到广泛关注。然而,迄今为止,尽管学术研究取得了显著成就,但其实际影响微不足道。在这里,我们展示了一种新的实用平台的芯片上WGM传感器集成微流体通道。通过将硅纳米团簇作为稳定的活性化合物放置在微谐振器中,传感器芯片可以通过远程泵浦和读出来操作,这简化了芯片集成和与外部设置的连接。此外,在宽波长范围内具有大吸收截面的硅纳米团簇首次允许在顶部照明方案中使用LED泵浦进行主动感测,这显著降低了测量设置的复杂性和成本。谐振腔中嵌入了间隙宽度为25 nm的纳米槽结构,可以选择性地检测目标生物分子,并通过强约束模场增强灵敏度。通过实时测量确认的链霉亲和素-生物素复合物的灵敏度为0.012 nm/nM,比先前报道的具有远程读出的WGM传感器提高了20倍以上。
2019-08-13 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Frequency Noise Cancellation in Nanomechanical Resonators using Cavity Optomechanics
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);EPFL(洛桑联邦理工学院);AMOLF(荷兰原子与分子物理研究所)
本文通过芯片内集成光学腔的超相干周长模式纳米机械谐振器,研究了纳米机械谐振器中频率噪声的来源并实现消除,展示了通过非线性光机械转换生成频率差信号以提高频率跟踪精度的方法。
2026-03-30 physics.app-ph physics.optics
Tunable superconducting resonators via on-chip control of local magnetic field
本研究提出一种通过片上局部磁场控制的频率可调谐超导共面波导谐振器,实现54.85 MHz的调谐范围,可应用于超导量子计算的滤波器、通信总线和存储元件。
2024-05-15 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Foil-Mediated Mutual-Impedance in Microwave Cavities with Enhanced Phase Response
University of Western Australia(西澳大学);Swinburne University of Technology(斯威本科技大学)
研究通过等效电路模型描述三个微波谐振腔通过薄金属箔的互阻性耦合,揭示了在平衡条件下产生可控反共振的现象,为多谐振腔系统中的可控干涉工程提供新方法。
2026-09-16 physics.app-ph
A mid-infrared Brillouin laser using ultra-high-Q on-chip resonators
本文研制Q因子达3800万的中红外片上微谐振器,并借此首次实现阈值91.9 μW、理论线宽83.45 Hz的片上中红外布里渊激光。
2024-04-10 physics.app-ph physics.optics
Transiently Driven Reflectionless Resonant Microwave Plasmas via Virtual Critical Coupling
The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学);The University of Toledo(托莱多大学)
提出虚拟临界耦合方法,通过指数增长波形实现动态阻抗匹配,克服等离子体点燃导致的阻抗失配,使谐振器储能提升四倍,实现超高效微波等离子体生成。
2026-07-03 physics.app-ph physics.plasm-ph
High-kinetic inductance NbN films for high-quality compact superconducting resonators
本研究证明基于NbN薄膜的高动力学电感谐振器具有高内部品质因子、高阻抗及长期稳定性,为制造紧凑、高阻抗、高质量的多模电路开辟了前景。
2023-02-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Quartz Whispering-Gallery-Mode Resonator with Microfluidic Chip as Sensor for Permittivity Measurement of Liquids
生物溶液的研究需要高测量精度、检测物质浓度低变化的能力以及少量的待测液体。微波复介电常数测量技术的基础上的高品质因数回音壁模式谐振器与微流体芯片允许少量的介电液体进行高精度的研究。基于蓝宝石谐振器的现有技术不提供用于具有低分子量的物质的低浓度检测极限。在这里,我们提出了一种先进的技术的基础上的石英介质谐振器。发现对于水溶液中的葡萄糖获得的检测限对于石英谐振器单元比对于基于MEMS谐振器的测量单元低约一个数量级。该限值约等于或低于人体血液中葡萄糖的浓度。这一事实意味着,该技术可以被用作传感器的生物解决方案在微波范围内的调查。利用研制的传感器在Ka波段成功地对葡萄糖、乳清蛋白和牛血清白蛋白进行了研究。
2022-05-05 physics.app-ph physics.bio-ph physics.ins-det
Localized Thermal Gradients On-Chip by Radiative Cooling of Silicon Nitride Nanomechanical Resonators
小规模可再生能源收集是远程技术应用中日益增长的电力需求的一个有吸引力的解决方案。为此目的,可以利用通过辐射冷却产生的芯片上的局部热梯度来创建依靠环境热量运行的微型可再生热机。这可以允许在小规模便携式应用中自供电,从而减少对不可再生电源和危险电池的需求。在这项工作中,我们展示了一个90 nm厚的独立氮化硅纳米机械谐振器集成在硅衬底上,保持在环境温度下的辐射冷却的芯片上的本地热梯度的创建。通过在高真空下使用光纤干涉仪跟踪其机械共振频率来推断薄膜的温度降低。在秋季和夏季的15个不同的日子里进行了实验,导致在每种情况下成功的辐射冷却膜。最大温度下降9.3 K和7.1 K,分别在白天和夜间,与我们的传热模型密切对应。未来对实验装置的改进可以将相同膜的温度降低到48 K,而发射率工程可能会产生67 K的最大理论冷却与理想的发射器。
2022-09-29 physics.app-ph
Single Whispering-Gallery-Mode Resonator With Microfluidic Chip as a Basis for Multifrequency Microwave Permittivity Measurement of Liquids
与单频介电常数研究相比,在一定频率范围内精确测量复液体介电常数提供了有关液体性质的重要信息。提出、发展并论证了基于微流控芯片的单石英回音壁模式(WGM)谐振器的多频微波表征技术。该技术允许在30-40 GHz频率范围内的六个谐振频率下测量小体积液体的复介电常数。通过模拟测量单元并绘制所有六个研究频率的校准诺模图来进行校准。将该方法应用于L-赖氨酸水溶液复介电常数的研究。结果开辟了可能性,调查在几个频率的生物液体的复介电常数,并进一步发展微波介电测量的小液体体积在一定的频率范围内使用的准光学性质的一个单一的高Q值WGM谐振器。
2022-04-29 physics.app-ph physics.bio-ph
Lab-on-a-Chip Optical Biosensor Platform: Micro Ring Resonator Integrated with Near-Infrared Fourier Transform Spectrometer
基于倏逝场传感机理的微环谐振腔(MRR)光学生物传感器因其灵敏度高、体积小而得到广泛研究。然而,一个合适的芯片上集成光谱仪设备必须证明为芯片实验室应用,它可以读取共振波长偏移的MRR生物传感器的基础上微小的变化折射率。在本文中,我们展示了近红外实验室上的一个芯片上的光学生物传感器平台的设计和实验结果,单片集成的MRR和芯片上的光谱仪上的绝缘体上硅(SOI)晶片,它可以消除外部光谱分析仪扫描波长光谱。设计了自由光谱范围为~19 nm,体灵敏度为~73 nm/RIU的对称分插式MRR生物传感器,利用集成空间外差傅里叶变换光谱仪(SHFTS)重建出滴口输出共振峰,光谱分辨率为~3.1 nm,带宽为~50 nm,检测限为0.042 RIU。实验测量了MRR-SHFTS集成器件在空气包层和水包层情况下的MRR输出光谱,并对其进行了重构,验证了波长漂移测量的有效性。
2022-07-15 physics.app-ph physics.optics
Effects of the thin-film thickness on superconducting NbTi microwave resonators for on-chip cryogenic thermometry
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)(洛桑联邦理工学院)
研究薄膜厚度对超导铌钛谐振腔温度灵敏度和分辨率的影响,实现亚毫开尔文级低温监测。
2025-07-24 physics.app-ph
Design and Fabrication of Ultrahigh Q Chip-Based Silica WGM Micro-resonators for Single-Atom Cavity-QED
针对单原子腔QED对WGM微谐振器模体积和品质因子的高要求,提出基于模型的制备流程与理论模型,制备出780nm下Q值达$1.7\times 10^8$的不同几何结构的超高Q二氧化硅WGM微谐振器。
2024-08-15 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Digitally Programmable Higher-order Harmonic Generation Using Nonlinear MEMS Resonator
基于完全电接口的芯片级微电子机械系统的高次谐波发生器具有许多应用,因为与光学器件中庞大且昂贵的高次谐波发生装置相比,它可以同时促进与片上电子器件的单片集成并提供微小的覆盖区。在这里,我们报告的第一个演示的记录高谐波产生超过100音使用薄膜锆钛酸铅弯曲模式微谐振器在CMOS兼容的电压水平。谐波也可以在制造后进行数字控制。
2019-10-02 physics.app-ph
Universal light-guiding geometry for high-nonlinear resonators having molecular-scale roughness
高Q值光学谐振腔为利用芯片级非线性现象提供了一种有效的方法,从而推动了以微梳和超窄线宽激光器为代表的片上光子学的发展。这些主要依赖于Si、SiO $_{2}$和Si $_{3}$ N $_{4}$的成果,有望通过引入具有更高非线性的新材料得到进一步改善。然而,建立制造工艺以将新材料成形为在芯片上具有极其光滑表面的谐振器几何形状一直是具有挑战性的任务。在这里,我们描述了一种通用的方法来实现高Q谐振器的任何材料,可以在高真空中沉积。这种方法,其中具有分子尺度的表面粗糙度的光导芯在沉积期间沿着预图案化的平台结构被自动限定,用As $_{2}$ S $_{3}$(一种典型的高非线性硫族化物玻璃)来验证。所研制的谐振腔的Q值为1440万,接近硫系光纤的损耗,这是在新提出的可调谐波导谐振腔耦合方案中测量的,具有较高的理想性。利用受激布里渊过程产生激光,阈值功率为0.53 mW,比硫系玻璃的阈值功率低100倍。这种方法铺平了道路,使各种材料的杰出的美德,片上域,同时保持损耗性能相媲美的散装形式。
2019-09-30 physics.app-ph physics.optics
Frequency comb generation via synchronous pumped $χ^{(3)}$ resonator on thin-film lithium niobate
针对脉冲驱动片上克尔梳受限于微环谐振器调谐范围的问题,提出利用薄膜铌酸锂上的 χ⁽³⁾ 谐振器,通过可调谐飞秒脉冲发生器同步泵浦产生宽带频率梳,克服了受激拉曼散射的限制。
2024-04-25 physics.app-ph physics.optics
Microwave resonator-enabled broadband on-chip electro-optic frequency comb generation
本文针对谐振电光梳电功率利用效率低和需要射频隔离器的问题,提出基于薄膜铌酸锂平台集成共面微波谐振器电极的射频友好型电光频率梳发生器,在约25 GHz重复频率下实现电功率降低三倍以上、反射极小,并以740 mW驱动功率实验生成跨度大于85 nm的宽带电光频率梳。
2024-08-01 physics.app-ph physics.optics
Compact Ring Resonator Enhanced Silicon-MSM Photodetector in SiN-on-SOI Platform
我们提出了一种紧凑的片上谐振器增强型硅MSM光电探测器在$850$ $nm$波段的通信和实验室芯片上的生物传感应用。我们报告的最高响应度为0.81 A/W的5 $μm$长的设备。通过将探测器集成在氮化硅环形谐振器中实现了高响应度。由于腔增强,谐振提供了100倍的响应度比单程光电探测器的改善。我们还详细研究了腔和单程探测器的高速响应。我们报告的电光带宽为7.5 GHz的测量使用飞秒光激发。据我们所知,我们首次报道了在SiN-SOI平台上的氮化硅谐振器集成Si-MSM探测器。
2020-07-05 physics.app-ph physics.optics
Improved Parameter Targeting in 3D-Integrated Superconducting Circuits through a Polymer Spacer Process
本文提出用聚合物间隔层控制三维集成超导电路芯片间距,使平面度误差降低3.5倍、间距偏差降低十倍,谐振器频率变化低于1%,且保持高品质因子。
2023-06-30 physics.app-ph quant-ph
U-Slot Patch Principle and Design Methodology Using Characteristic Mode Analysis and Coupled Mode Theory
结合U形槽的贴片天线众所周知具有相对大(约30%)的阻抗带宽。本文利用特征模分析方法,根据耦合模理论解释了典型U形槽贴片结构的阻抗特性,并指出其相关模是同相和反相耦合模,其谐振频率由耦合模理论决定。进一步的分析表明,一个非耦合谐振器是传统的TM 01贴片模式,另一个是一个集总的LC谐振器,包括槽和探针。给出了天线的等效电路模型,其中元件值是从特征模式分析数据中提取的,并且明确地证明了这两个谐振器之间的耦合。电路模型近似地再现了驱动仿真的阻抗轨迹。提出了一种基于耦合模理论并以特征模分析为指导的宽带U形槽贴片设计方法。该方法通过实例说明。
2019-07-27 eess.SP physics.app-ph
Nonlinear optical bistability in microring resonators for enhanced phase sensing
本文提出利用非线性自相位调制效应,在微环谐振器从单稳态到双稳态的临界点工作,以额外增益因子增强相位传感灵敏度,并通过实验在氮化硅谐振器上实现22倍增益。
2025-03-27 physics.app-ph physics.optics