Phase-change silicon as an ultrafast active photonic platform
相变材料（PCM）具有介于非晶态和晶态之间的独特的光学或电学性质。近年来，它开始在光电显示、动态波前控制、片上光子存储和计算等新兴的光子学应用中发挥关键作用。然而，目前的相变材料在可见光波长下不能有效地吸收，并且会发生变形和分解，限制了可重复性和广泛的可见光波长应用。硅作为电子学和光子学的基础材料，由于其超快的晶化动力学，一直没有被认为是相变材料。在这里，我们展示了一个惊人的事实，纳米硅域可以在纳秒激光脉冲下可逆地结晶和非晶化。对于一个典型的盘谐振器，它也提供了一个25%的非易失性调制在纳秒的时间尺度。我们进一步展示了概念验证实验，这些属性可以实现超高分辨率介电彩色显示和动态可见波前控制。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Waveguide-coupled light emitting devices made of 2D materials
利用光子集成电路进行光学信息处理是纳米光子学领域的一个关键目标。广泛的研究工作已经导致在单个光子电路内集成有源和无源器件功能的显著进展。然而，迄今为止，核心组件之一-即光源-仍然是集成的挑战。在这里，我们展示了基于2D材料的片上光子学平台中的波导耦合电驱动光发射器。我们结合发光器件（LED），基于激子复合在过渡金属二硫属化物（TMD），与六方氮化硼（h-BN）光子波导在一个单一的范德华（vdW）异质结构。波导耦合光发射是通过将LED放置在两个h-BN板之间并将完整的vdW堆叠图案化成光子结构来实现的。我们演示的片上光产生和波导是未来集成vdW光电子学的关键组成部分。
2022-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Material platforms for integrated quantum photonics
量子光学系统的片上集成可能是实现光子量子技术的主要因素。与电子学的情况不同，电子学的基本器件是晶体管，主要材料是硅，经典和量子光子集成电路所需的基本器件工具箱是巨大的。因此，许多材料平台正在被研究以承载未来的量子光子计算机和网络节点。我们讨论了几个平台的优点和缺点，实现各种基本设备，比较目前在每个平台上实现的集成度，并审查几个复合平台的方法。
2016-10-03 physics.optics
Scanning mid-IR-laser microscopy: an efficient tool for materials studies in silicon-based photonics and photovoltaics
最近提出了一种扫描中红外激光显微镜的方法，用于研究半导体中的大规模电学和复合活性缺陷，以及在微电子和光电子工业中对半导体材料和结构的无损检测。这一发展的基础是对半导体中低角度中红外光散射的广泛研究。该技术思想的实质是应用暗场方法在扫描中红外激光显微镜中对散射光进行空间滤波，并在所研究的样品中的小区域内对过量载流子进行局部光激发，从而形成用于缺陷的复合对比度成像的探测红外光散射的人工源。本文介绍了三个对比的例子，应用上述技术的缺陷可视化的硅基材料设计的光电子学和光子学，这表明这种技术可能是一种有效的工具，缺陷调查和工业测试的半导体材料。
2010-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Expanding photonic palette: exploring high index materials
虽然光子学社区正被充满异国情调的概念所占据，预示着一个宏伟的未来和名声，如果不是一笔财富，我恭敬地接受一种可能性，即简单地以适度的因子增加折射率的谦虚概念可能在许多生活中有更大的回报。考虑到这一点，我探讨了为什么更高的指数材料尚未实现，并指出了一些尝试性的方向，为这些难以捉摸的材料，无论是自然的或人工的搜索。
2021-12-04 physics.optics
Self-assembled tunable photonic hyper-crystals
我们提出了一种新型的人工光学材料，光子超晶体，它结合了双曲型超材料和光子晶体的最有趣的功能。与双曲型超材料类似，光子超晶体由于光子波矢没有衍射极限而表现出光子态密度的宽带发散。另一方面，与光子晶体类似，非寻常光子的双曲型色散规律在布里渊区边界附近受到禁带的调制。通过对钴纳米颗粒基磁流体施加外加磁场，实现了光子超晶体的三维自组装。光子超晶体的独特光谱特性导致材料对钴纳米颗粒的单层涂层的极端敏感性，这应该在生物和化学传感中找到许多应用。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical gain in DNA-DCM for lasing in photonic materials
我们提出了一个详细的研究中获得的活性介质中的增益长度通过掺杂的DNA链与DCM染料分子。该复合材料具有优异的热稳定性和低猝灭性，可获得大于300 cm^-1的光学增益系数。我们还表明，这种活性材料是优秀的集成到光子纳米结构，以实现，例如，有效的随机激光发射，和荧光光子晶体。
2009-07-31 physics.optics
Broadband tunable hybrid photonic crystal-nanowire light emitter
我们在一个单一的处理过程中，在自立的氮化硅光子晶体腔中集成了大约100个单一的硒化镉半导体纳米线。室温下的测量揭示了一个单一的窄发射线宽，对应的Q因子高达5000。通过改变光子晶体的结构参数，调谐峰值波长，从而覆盖活性材料的整个发射光谱范围。一个非常大的光谱范围可以覆盖不同的活性材料的异质集成。
2015-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Goos-Hänchen Shift and Photonic Spin Hall Effect in Semi-Dirac Material Heterostructures
本研究通过理论建模揭示了半狄拉克材料的各向异性介电函数及无质量狄拉克电子漂移对光子自旋霍尔效应和古斯-汉欣位移的调制作用，为设计可调光子器件提供了新平台。
2025-04-15 physics.optics
Investigation of ultrafast laser photonic material interactions: challenges for directly written glass photonics
目前，直写波导制作可能是飞秒激光微加工在透明介质中最广泛研究的应用。诸如埋地波导、功率分配器、耦合器、光栅和光放大器等器件都已得到演示。波导的特性主要取决于样品材料的特性和写入激光的特性。在本文中，我们讨论了使用飞秒激光直写技术的研究人员所面临的挑战，特别强调被放置在熔融石英和磷酸盐玻璃作为不同应用的设备主机的适用性。
2008-02-14 physics.optics
An atlas of photonic and plasmonic materials for cathodoluminescence microscopy
本文介绍了一份涵盖光子与等离激元材料的体相阴极荧光光谱与强度图谱，结合实验与Monte Carlo模拟表征了相干与非相干CL信号、电子穿透深度及能量沉积，为材料选择与器件设计提供基础参考。
2025-03-20 physics.optics
A Novel Photonic Material for Designing Arbitrarily Shaped Waveguides in Two Dimensions
我们数值研究了二维光子材料的光学性质，其中平行介质棒是随机放置的限制，棒之间的距离大于一定的值。当棒具有足够的密度和介电对比度时，发现一个大的完全光子带隙（PG）。我们的结果表明，无论是长程有序还是短程有序都不是形成PG的必要条件。提出了一种设计任意形状波导的普遍原则，即波导的侧壁由周期性的杆围起，周围由新型光子材料包围。我们观察到各种波导的光的高效传输。由于结构均匀性，这种新型光子材料最适合填充与波长相当的任意形状和尺寸的波导的外部区域。
2003-01-31 physics.optics
Probing material absorption and optical nonlinearity of integrated photonic materials
具有高质量（$Q$）因子的光学微谐振器对于广泛的集成光子器件是必不可少的。稳定的努力已经指向在各种平台上增加微谐振器$Q$因子。由于成功地减少了作为$Q$的限制的与微制造工艺相关的光学损耗，最终可达到的$Q$（如仅由组成微谐振器材料吸收确定的）已经成为焦点。在这里，我们报告的材料限制$Q$因素在几个光子材料平台的测量。用SiO-$_2$、Si-$_3$-$_4$、Al-$_{0.2}$-Ga-$_{0.8}$-As和Ta-$_2$-O-$_5$薄膜制备了高$Q$微谐振器.通过使用腔增强光热光谱，确定材料限制的$Q$。该方法同时测量每种材料中的克尔非线性，并揭示了材料非线性和最终$Q$如何在光子材料中以互补的方式变化。除了指导四种材料平台的微谐振器设计和材料开发外，研究结果还有助于确定未来光子集成系统的性能极限。
2021-10-29 physics.optics
Ray Chaos in a Photonic Crystal -- Supplementary Materials
这些补充材料详细介绍了光子台球中光传播的一些计算和一些实验结果。我们首先证明为什么我们只关注通过圆柱体传输的光线，并证明几何光学近似。然后我们解释了光线传播的动力学性质，证明了李雅普诺夫指数渐近地增长为：$λ$ $\sim$ ln t $\star$其中t $\star$ = T /R是光子晶体周期T除以圆柱半径R。最后，我们关闭这些补充材料，提出了一些实验结果表明，指数灵敏度的初始条件。
2016-10-26 physics.optics
Tamm states in one dimensional photonic crystals containing left-handed materials
本文研究了由左手材料和右手材料交替构成的半无限一维光子晶体与均匀介质的界面处的电磁表面波，称之为左手光子晶体.我们发现了一种新型的表面模式的结构，即所谓的表面Tamm态，并证明了在光子晶体结构中的超材料的存在允许灵活地控制表面态的色散特性，并且可以支持具有反向能量流和涡旋状结构的Tamm态。
2006-07-19 physics.optics
Light-matter interactions in layered materials and heterostructures: from moiré physics and magneto-optical effects to ultrafast dynamics and hybrid meta-photonics
本文综述了分层二维材料及异质结构中光-物质相互作用的最新进展，涵盖莫尔物理、磁光效应、超快动力学与混合光子集成，并展望其在光电子学和下一代光子器件中的应用潜力。
2024-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
One-dimensional disordered photonic structures with two or more materials
在这里，我们想讨论的光传输调制的周期性和无序的一维（1D）光子结构。特别是，我们将提出一些理论和实验研究结果，突出了独特的光学特性：i）一维周期性和无序的光子结构，由两种或更多种材料制成; ii）一维光子结构，其中的均匀性或高折射率层的聚集是受控的。我们也将集中在这些结构的制造方面。
2018-03-30 physics.optics
Octonacci Photonic Crystals with Negative Refraction Index Materials
研究了一维光子准晶中$s$偏振（TE）和$p$偏振（TM）波的透射谱，该准晶由$_{2}$和\textit{metamaterials}交替层组成，按照Octonacci序列排列.利用麦克斯韦方程组和传输矩阵技术，导出了垂直和斜入射光场传输的透射谱。我们假设超材料的介电常数和磁导率为Drude-Lorentz型色散响应。对于垂直入射的光波，我们观察到光谱不具有自相似性和镜像对称性，并且也没有光学带隙。同样对于垂直入射波，当入射角$θ_{C} = 0^{\circ}$在特定频率范围内时，我们显示了全透射区域。
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Can photonic heterostructures provably outperform single-material geometries?
针对现有光子优化性能界仅适用于单材料系统的局限，研究提出光子异质结构性能界定框架，验证了其在多层膜等结构吸收特性研究中的效用，可用于预判异质结构优于最优单材料结构的场景。
2023-07-26 physics.optics
Visualization of unidirectional optical waveguide using topological photonic crystals made of dielectric material
拓扑学的引入揭开了物理学的新篇章。拓扑系统提供了独特的边缘/界面量子态，这有望有助于新的自旋电子学的发展，并打开大门，以强大的量子计算。光学系统也可以受益于拓扑结构。在实空间中局域地构造一个具有双Dirac锥的蜂窝状光子晶体，诱导光子能带结构的拓扑跃迁，并利用后向散射免疫电磁输运建立了一个赝自旋单向光通道.由电介质材料制成的拓扑光子晶体可以为控制光的传播铺平道路，并有助于新的通信技术。
2016-10-25 physics.optics
Fabrication of mesoscale polymeric templates for three-dimensional disordered photonic materials
我们报道了用于各向同性光子材料的聚合物模板的介观制造和表征，该聚合物模板是使用直接激光写入聚合物光致抗蚀剂中的超均匀点图案得到的。我们用电子显微镜和小角光散射实验研究了它的微观结构。通过液体渗透减少折射率失配，我们发现基于离散偶极子近似的散射数据和数值计算之间有很好的一致性。我们的工作证明了在技术相关的长度尺度上制造这种随机设计材料的可行性。
2012-11-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Programmable photonics enabled by ferroionic two-dimensional materials
New York University Abu Dhabi（阿布扎比纽约大学）；NYU Tandon School of Engineering, New York University（纽约大学坦顿工程学院）
研究针对传统计算架构局限，探讨铁离子二维材料在可编程光子学中的作用，利用其材料动力学实现多级光子态等，通过后端集成策略引入多功能性，为可重构等光子计算架构提供途径，助力神经形态和自适应光子系统发展。
2026-07-21 physics.optics
Miniaturization of photonic waveguides by the use of left-handed materials
我们提出在光波导结构中使用左手材料以将其厚度减小到远低于光的波长。我们证明，左手材料层，添加到一个平面波导的包层，而不是其核心，允许良好的光限制在亚波长薄波导。我们将观察到的行为归因于波导中电磁波相位演化的变化。该技术可用于光子集成电路的小型化。
2010-10-14 physics.optics
Photonic non-volatile memories using phase change materials
我们提出了一个全光子，非易失性存储器和处理元件的基础上的相变薄膜沉积到纳米光子波导。利用部分覆盖Ge_2Sb_2Te_5（GST）的光子晶体谐振器，可以实现集成光子电路中的多级存储操作。GST在从非晶态到晶态的转变时提供折射率的显著变化，这被利用来可逆地控制具有类似于光学晶体管的附加选通端口的微腔的消光比和谐振波长。我们的分析显示出良好的灵敏度GST内的结晶度，从而提供了非冯诺依曼神经形态计算的基础。
2012-08-07 physics.optics
Engineering photonic environments for two-dimensional materials
二维（2D）材料是一个迷人的光子平台，具有小器件规模、快速运行速度以及低能耗，这要归功于它们的面内晶体结构和面外量子限制。该研究领域进一步发展的关键是能够修改2D材料的光学特性。这些改变通常来自材料本身，例如改变其化学成分。本文通过对光子环境的工程设计，综述了一种探索较少但很有前途的方法。而不是修改材料本身，这意味着操纵电介质和金属环境，均匀和纳米结构，直接与材料相互作用。对于只有一个或几个原子厚的2D材料，与环境的相互作用可以非常有效。本文综述了这种相互作用的三个自由度：弱耦合，强耦合和多功能性。此外，它回顾了一个相对定时的工程概念，直接应用到二维材料的图案化。受益于纳米光子学的蓬勃发展，光子环境工程提供了一种多功能和创造性的方法来重塑2D材料中的光-物质相互作用。
2020-09-19 physics.optics
Designer disordered materials with large complete photonic band gaps
我们提出了二维各向同性，任意尺寸的无序光子材料的设计与完整的带隙阻挡所有方向和偏振。具有最大间隙的设计通过约束优化方法获得，该方法从超均匀无序点图案开始，点阵列的数量变化在球形采样窗口内的增长速度比体积慢。我们认为，超均匀性，结合均匀的局部拓扑结构和短程几何秩序，可以解释如何完整的光子带隙是可能的，没有长程平移秩序。我们注意到电子和声子带隙在无序材料的分歧。
2010-07-21 physics.optics
Material effects in airguiding photonic bandgap fibers
研究了两种硅基空气波导光子带隙光纤的波导特性，着重研究了材料效应。非线性系数被发现是1-2个数量级小于那些在大模式面积的折射率引导微结构光纤。二氧化硅的材料色散对总色散有显著贡献，尽管小于10%的场能量位于光纤的二氧化硅区域中。这些研究结果表明，通过选择基础材料的分散工程可能是这种类型的纤维的可能性。
2003-07-16 physics.optics
Photonic magnetism and altermagnetism without magnetic materials
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文通过群论建立无磁介电材料构成的光学晶格中光子磁性的微观框架，实现多种光子磁相，突破材料与频率限制，在电信波长观测到对应电子自旋的自旋-动量锁定，为光调控与量子磁性模拟开辟新途径。
2026-09-02 physics.optics
Integrated Photonic Functions Using Anisotropic 2D Material Structures
基于二维材料的等离激元波导能够形成限制在几层材料周围的导模，是用于光子器件小型化的有前途的等离激元平台。尽管如此，这样的波导支持在波导芯中瞬逝的模式，其中大部分场集中在波导边缘周围，这与由3D电介质波导支持的模式不同，在3D电介质波导中，模式场具有振荡性质并且在中心处达到峰值。因此，可以在基于全内扩散模式的3D电介质波导内实现的许多光子器件和功能不能使用基于2D材料的等离子体结构来实现。在这项工作中，我们提出并演示了如何利用二维材料中的各向异性来定制二维材料波导支持的模式场。通过调节构成2D材料的材料吸收，这些2D模式的模式场可以被定制为围绕波导中心定位，这进而可以提高使用2D材料的基于耦合的光子功能的效率，从面内多模干涉耦合器到面外光辐射。使用诸如黑磷的天然各向异性2D材料，这些关键功能可以扩展通常在3D光刻中但使用2D材料实现的现有设备能力，从而允许实现2D等离子体电路而不需要依赖于3D层。
2021-12-14 physics.optics
The Role of Short-Range Order and Hyperuniformity in the Formation of Band Gaps in Disordered Photonic Materials
我们研究了二维高折射率无序材料中光子带隙的形成，其中介质结构来自实空间和倒易空间中的填充盘。光子态密度的数值计算表明，在这两种情况下的所有偏振的带隙的存在。我们发现，带隙宽度控制的位置相关诱导短程有序和超均匀性并发的增加。我们的研究结果表明，短程有序的优化，特别是在各向同性布里渊区的布拉格散射的剪裁，是设计无序PBG材料的关键重要性。
2016-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Photonic Approach to Making a Left-Handed Material
提出了一种制备负折射率复合材料的新方法。研究表明，由正负电介质组成的光子结构可以支持具有左手性（或负折射率）的电磁表面波。取决于电介质材料，这些位于电介质界面处的表面波可以是表面等离子体激元或声子。结构的详细几何形状决定了这种复合左手材料是各向同性的还是各向异性的。
2002-10-12 physics.comp-ph physics.optics
Foam as a self-assembling amorphous photonic band gap material
我们发现，轻微的多分散无序的二维泡沫可以用作自组装模板的各向同性光子带隙（PBG）材料的横向电（TE）极化。基于内部实验和模拟泡沫结构的计算表明，在足够的折射率对比度下，具有三重节点和细长平台边界的干泡沫组织特别有利于打开大的PBG。从干泡沫结构到湿泡沫结构的转变主要通过形成更大的四重节点来快速关闭PBG，用缺陷模式填充PBG。通过调整泡沫面积分数，我们找到了一个最佳的介电材料的数量，最大限度地提高实验系统中的PBG。所获得的结果有可能扩展到3D泡沫，以产生下一代自组装无序PBG材料，从而能够制造廉价且可扩展的光子器件。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modal expansions in periodic photonic systems with material loss and dispersion
研究了由有耗和本征色散材料组成的周期光学系统的能带结构特性。为此，我们开发了一个分析框架的基础上的伴随模式的有损耗的周期性电磁系统，并显示如何线性相关的本征模的存在下，材料色散的问题可以克服。然后，我们制定的能带结构导数$(\partial ω) / (\partial \mathbf{k})$（复群速度）和横向光学态的局部和总密度的表达式。我们的精确表达式适用于具有任意色散特性的材料的3D周期性阵列，并且通常需要进行数值计算。它们可以推广到具有两个、一个或没有周期性方向的系统，只要场沿非周期性方向局部化。可能的应用是光子晶体、超材料、由诸如金属或无损光子晶体的高度色散材料构成的超表面、与诸如2D材料中的量子点或激子的共振扰动强耦合的超材料或超表面。为了说明的目的，我们分析评估我们的表达式，一些简单的系统组成的无损耗与一个尖锐的洛伦兹材料共振。最后，我们展示了如何与尖锐的共振周期系统的扰动修改的能带结构。通过结合几个洛伦兹极点，这提供了一个途径，微扰处理相当普遍的材料损耗带的光子晶体。
2018-01-12 physics.optics
Photonic topological phase transition induced by material phase transition
本研究利用相变材料GST纳米图案的材料相变诱导二维光子拓扑绝缘体的能带反转与Chern数变化，实现制造后可重构的光子拓扑性质控制。
2024-06-13 physics.optics
Non-volatile programmable silicon photonics using an ultralow loss Sb$_2$Se$_3$ phase change material
可适应、可重构和可编程是下一代硅基光子处理器、神经网络和量子网络的关键功能。相变技术提供了经验证的非易失性电子可编程性，然而迄今为止使用的材料已经显示出与集成光子平台不兼容的过高的光学损耗。在这里，我们证明了以前未开发的材料Sb $_2$ Se $_3$的超低损耗可编程硅光子的能力。在Sb $_2$ Se $_3$中看到的大折射率对比度和超低损耗的有利组合促进了马赫-曾德尔干涉仪中超过10 $π$弧度的前所未有的光学相位控制。为了证明对光的流动的完全控制，我们引入纳米光子数字图案化作为一种概念上的新方法，其足迹数量级小于最先进的干涉仪网格。我们的方法使大量的可能性，在高密度的硅芯片上的光学功能的重新配置。
2021-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photonic Band Gap in 1D Multilayers Made by Alternating SiO2 or PMMA with MoS2 or WS2 monolayers
原子薄的二硫化钼（MoS2）和二硫化钨（WS2）是非常有趣的光学和电子学二维材料。在这项工作中，我们显示的可能性，以获得一维光子晶体组成的低成本和易于加工的材料，如二氧化硅（SiO2）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），和二硫化钼或WS2单层。利用传输矩阵法和材料的折射率随波长变化的特性，模拟了光子晶体的透射谱。这项研究设想这些新型的光子晶体的光子和光发射应用的实验制造。
2015-08-13 physics.optics
Operando Photonic Band Gap Probe of Battery Electrode Materials
提出一种基于光子晶体结构电极的工况光谱方法，利用光子带隙光学响应实时监测锂离子电池TiO2负极在锂化过程中的结构和状态变化，为电极材料研究提供通用分析手段。
2023-06-29 physics.app-ph physics.optics
Unidirectional Transport in Electronic and Photonic Weyl Materials by Dirac Mass Engineering
单向输运在二维系统中已经被观察到，然而，到目前为止，它们还没有在三维块体材料中被实验观察到。在这项理论工作中，我们表明，最近发现的外尔材料提供了一个平台，单向传输内散装材料。具有高实验可行性，一个复杂的狄拉克质量可以产生和操纵的光子外尔晶体，创造单向传播模式中观察到的传输实验。可能实现（电子）外尔半金属进行了研究。我们表明，在一个晶格模型中，与短程相互作用，所需形式的狄拉克质量可以自发地产生在一级过渡。
2015-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el hep-ph
A scheme for simulating multi-level phase change photonics materials
本文提出一种耦合Gillespie Cellular Automata、有效介质理论和Fresnel方程的模拟方案，用于精确预测相变材料在激光加热下的微观结构与多级光学响应，并通过纳秒激光切换实验验证其准确性，为可编程光子器件和全光神经网络设计提供重要工具。
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci nlin.CG physics.optics
Freeform Direct-write and Rewritable Photonic Integrated Circuits in Phase-Change Thin Films
本文提出在低损耗PCM薄膜上一步激光直写可擦除、可重写的端到端PIC，并验证其在可重构光网络、光学计算和信号处理中的应用。
2023-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Fast carrier dynamics in GaAs photonic crystals near the material band edge at room temperature
我们在室温下用泵浦探测法测量了GaAs光子晶体腔中的快载流子衰减速率（6 ps），其共振频率接近GaAs带隙能量。通过光激发产生的载流子使用带上的飞秒脉冲引起腔峰的实质性蓝移。实验结果进行了比较，理论模型的基础上自由载流子效应附近的GaAs带边。探针传输被修改为估计的带上的泵浦能量为4.2 fJ吸收在GaAs板。
2014-10-30 physics.optics
Fabrication of photonic nanostructures from hexagonal boron nitride
对基于层状范德华（vdW）材料的器件的兴趣日益增长，推动了新的纳米制造方法的发展。六方氮化硼（hBN）是量子光子学和极化激元学研究中最有前途的材料之一。在这里，我们详细报告了一个有前途的nanofabelets过程中使用的混合电子束诱导蚀刻（EBIE）和反应离子蚀刻（RIE）技术制造几个hBN光子器件。我们强调RIE和EBIE的缺点和优点，并展示了实用的混合方法的悬浮和支持的器件结构与纳米级的功能和高度垂直的侧壁的制造。高品质的腔光学模式（Q~1500）的测量证明了所制造的设备的功能。我们的纳米纤维方法构成了基于hBN和其他分层vdW材料的集成单片量子光子学平台的进步。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
First Principles Calculation of Topological Invariants of non-Hermitian Photonic Crystals
材料平台的陈拓扑数通常用Berry曲率表示，它取决于系统的简正模。在这里，我们使用规范不变的格林函数方法来确定从第一性原理的光子晶体的拓扑不变量。所提出的形式主义不需要计算的光子带结构，并可以很容易地实现使用与标准的平面波展开得到的运营商。此外，它表明，该理论可以很容易地应用于分类的非厄米光子晶体的拓扑相位与损耗或增益材料，例如，宇称时间对称光子晶体。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Direct growth of hexagonal boron nitride on photonic chips for high-throughput characterization
采用光学显微镜方法对二维材料中的缺陷进行纳米级表征是光子片上器件的重要一步。为了提高分析吞吐量，最近开发了基于波导的片上成像平台。然而，它们固有的缺点是必须将2D材料从生长基底转移到成像芯片，这会引入污染，从而可能改变表征结果。在这里，我们提出了一种独特的方法来规避这些不足，直接生长广泛使用的2D材料（六方氮化硼，hBN）的氮化硅芯片上，并在光学特性的缺陷在完整的生长材料。我们比较了直接生长的方法，标准的湿转移方法，并确认直接生长的明显优势。虽然在目前的工作中使用hBN进行了演示，但该方法很容易扩展到其他2D材料。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Ultrafast structural color change in indium tin oxide/titanium dioxide 1D photonic crystal
光子晶体可以在其结构中集成诸如氧化铟锡（ITO）的等离子体材料。利用ITO等离子体特性，可以在施加外部刺激时调谐光子晶体的光子带隙。在这项工作中，我们已经通过射频溅射制备了一维多层光子晶体，我们已经触发了超快泵浦探测光谱的光学响应。在光激发时，我们观察到铟锡氧化物的折射率的变化。这种效应已被用于产生在超快时间尺度内改变其光子带隙的光子晶体。通过设计光子晶体实现了可见光区的全光调制。
2022-05-19 physics.app-ph physics.optics
Enabling Scalable Photonic Tensor Cores with Polarization-Domain Photonic Computing
提出基于2D铁电材料的硅光子张量核心，利用波长和偏振域计算，在计算准确率上较相干网络提升达83%。
2025-01-31 cs.ET physics.optics
Effective Second Order Susceptibility in Photonic Crystals Composed from Centro-Symmetric Materials
讨论了一种在由中心对称材料制成的非中心对称光子晶体（PC）中获得有效体二阶极化率的方法。该效应是基于电四极效应、强电磁模式变形和来自PC的不同部分的对体极化的非均匀贡献。所需的对称性破缺是在宏观尺度上的PC单胞。所得到的结构chi_str^（2）与普通非线性材料的二阶极化率相当。相位匹配可以通过在PC的制造期间引入对称调制（准相位匹配）来实现。
2001-07-31 physics.class-ph physics.optics
Photonic MOS Based on "Optical Property Inversion"
大多数介电材料具有非常弱的电光性质，而一些等离子体材料的光学性质可以被极大地调谐，特别是在它们的等离子体频率周围，其中介电常数在正（“介电状态”）和负（“金属状态”）值之间转变。在这份报告中，我们将回顾我们最近在电光调制方面的一些工作，并介绍一个新的概念，基于“光学性质反转”的光子MOS。这一概念可能为纳米光子器件的发展提供启示。一些材料改编自无资金的NSF提案。
2015-04-28 physics.optics
Expanding momentum bandgaps in photonic time crystals through resonances
本文提出利用材料固有共振或结构共振来大幅扩展光子时间晶体中的动量带隙，在低损耗材料和现实激光泵浦功率下即可实现，并在共振体介质和光学超表面上验证了该概念。
2024-11-12 physics.optics
Meta-material photonic funnels for sub-diffraction light compression and propagation
我们提出的波导与光子晶体核心，支持在亚波长区域的模式结构类似的电信光纤中的能量传播。我们设计了近，中，远红外频率的超材料，并证明了有效的能量转移到和从小于1/25的波长的区域。示出了正折射率和负折射率光透射。我们的方法，虽然在这里展示了一些特定频率的圆形波导，很容易从光学到IR到THz频率范围，并可以实现在各种波导几何形状。我们的设计可用于超高密度能量聚焦，纳米分辨率传感，近场显微镜和高速全光计算。
2005-12-21 physics.optics
Global Inverse Design Across Multiple Photonic Structure Classes Using Generative Deep Learning
了解如何优化配置纳米或微米级结构和材料特性以实现特定功能仍然是一项根本挑战。例如，光子超颖表面可以通过材料选择和结构几何形状进行光谱调谐，以实现独特的光学响应。然而，现有的数值设计方法需要事先识别特定的材料-结构组合或器件类别，作为优化的起点。因此，尚未实现同时优化材料和几何形状的统一解决方案。为了克服这些挑战，我们提出了一个基于全局深度学习的逆向设计框架，其中条件深度卷积生成对抗网络在用一系列材料和结构参数编码的彩色图像上进行训练，包括折射率，等离子体频率和几何设计。我们证明，在响应目标吸收光谱，网络可以识别一个有效的元表面在其类别，材料属性和整体形状。此外，该模型可以得到具有不同材料和结构的多种设计变体，这些材料和结构呈现出几乎相同的吸收光谱。因此，我们提出的框架是迈向全球光子学和材料设计策略的重要一步，这些策略可以识别器件类别、材料特性和几何参数的组合，从而在算法上提供所需的功能。
2021-07-19 physics.optics
Twisted heterobilayer photonic crystal based on stacking and selective etching of 2D materials
针对多层扭曲光子晶体纳米加工的挑战，在石墨/Si$_3$N$_4$异质结构中通过干法转移与选择性刻蚀制备了扭曲异质双层光子晶体，实验观察到莫尔位点产生的可见光波段腔光子模式，为光子控制提供了新自由度。
2025-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of Complete Photonic Bandgap in Low Refractive Index Contrast Inverse Rod-Connected Diamond Structured Chalcogenides
三维完全光子带隙材料或光子晶体在所有方向上阻挡光传播。棒连接的金刚石结构表现出迄今为止已知的最大光子带隙，并支持最低折射率对比度低至$n_{high}/n_{low} \sim 1.9$的完整带隙。我们通过测量Sn-S-O $(n\sim1.9)$和Ge-Sb-S-O $(n\sim2)$逆棒连接金刚石结构在红外区的完整光子带隙来证实这个阈值。该结构是使用低温化学气相沉积工艺通过单反转技术制造的。这提供了一种可靠的完整光子带隙材料的制造技术，并扩展了光子带隙材料库，从而导致广泛的未来光子应用。
2019-05-01 physics.optics
Chromatic dispersion of liquid crystal infiltrated capillary tubes and photonic crystal fibers
本文研究了毛细管和液晶渗透光子晶体光纤的色散特性。推导了一种包含液晶和周围波导材料的材料色散的微扰方案。用该方法计算了不同温度下的色散。
2006-02-10 physics.optics
