Coherent meta-materials and the lasing spaser
2003年，伯格曼和斯托克曼引入了spaser，一种通过辐射的受激发射实现表面等离子体的量子放大器[1]。他们认为，通过利用金属/电介质复合介质，应该可以构建纳米器件，其中在比波长小得多的空间区域中建立强相干场[1，2]。V形金属夹杂物与半导体量子点的集合相结合被讨论为spaser的可能实现[1]。这里我们介绍spaser概念的进一步发展。我们表明，通过结合超材料和spaser的想法，可以创建一个狭窄的分流相干源的电磁辐射，是由等离子体激元振荡。我们认为，支持高Q相干电流激发的某类等离子体共振器的二维阵列提供了一个有趣的机会，创造空间和时间相干激光源，激光Spaser。
2008-02-18 physics.optics
Plasmon-Assisted Random Lasing of Perovskite Materials
本研究利用银纳米立方体作为散射中心，在钙钛矿材料中实现等离子体辅助随机激光，产生窄带宽激光模式，为相干光源提供新途径。
2025-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrically Controlled Plasmonic Lasing Resonances with Silver Nanoparticles Embedded in Amplifying Nematic Liquid Crystals
我们研究了银纳米粒子在染料掺杂的液晶中的电控相干随机激光，记录了与外电场相关的发射强度和频率分裂。提出了一个修正的速率方程模型来解释所观察到的相干激光，这是由Ag粒子的等离子体激元-极化激元近场引起的激光染料分子的布居数反转和激光模的光学能量密度的双重增强的表现。激光共振在弱外加场中的显著猝灭是由于NLC主体的不规则指向矢波动引起的动态光散射，其洗掉了不同粒子palsmon-polariton场之间的相干干涉。这提供了一个证据，以支持目前的激光共振是非常敏感的主介质中的介电扰动，因此可能与一些耦合的金属纳米粒子的等离子体振荡。
2014-05-05 physics.optics
Dual orthogonally-polarized lasing assisted by imaginary Fermi arcs in organic microcavities
本研究针对单个有机微激光器难同时产生两种正交偏振模式的问题，利用填充有机单晶的微腔中偏振相关损耗形成的虚费米弧与光子自旋轨道耦合，实现了正交偏振双激光同时发射，为线偏振激光器开发及相关光子学研究提供新路径。
2024-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent perfect absorption in a homogeneously-broadened two-level medium
在最近的工作中，已经相当普遍地表明，在阈值激光的时间反演过程实现了相干完美吸收体（CPA）。在CPA中，具有特定耗散度的光学腔中的损耗介质（其模量等于激光介质的增益）可以完美地吸收相干光波，所述相干光波是激光场的时间反演对应物。本文详细地研究了光腔中二能级介质的时间反演激光过程，导出了产生CPA的条件。结果表明，由于二能级介质的色散特性，精确的时间反演对称性被破坏，CPA发生的场的频率一般不同于激光模式的频率。此外，在一个大的合作参数的观察CPA的存在下的双稳态要求操作在上支的滞后周期。
2011-11-15 physics.optics
Coherent perfect absorption and lasing in bimodal Fabry-Pérot interferometers
本文研究双模法布里–珀罗干涉仪的CPA与阈值激光，给出散射矩阵闭式允许条件及CPA点拓扑湮灭，并通过高对比度光栅和脊形谐振器数值验证。
2025-09-01 physics.optics
Continuous coherent perfect absorption and lasing at an exceptional point of anti-parity-time symmetric photonic structures
本研究提出通用参数空间，揭示反宇称-时间对称光子结构在奇异点处可实现连续相干完美吸收与激光，并通过异质结构验证。
2025-04-24 physics.optics
Andreev reflection assisted lasing in an electromagnetic resonator coupled to a hybrid-quantum-dot
从理论上研究了当外加直流偏置电压使两能级混合量子点（hQD）脱离平衡时，耦合到hQD上的单模电磁谐振腔的激光器（脉塞）。利用hQD的非平衡格林函数形式和半经典激光方程，我们确定了系统的相关物理量。我们发现，由于Andreev反射和Floquet-Andreev侧共振的形成，在适当的栅压和一定的阈值偏置电压及谐振器阻尼因子以上，二能级量子点具有非零增益谱，在超导能隙的频率范围内，系统可以产生激光。此外，我们的结果表明，根据谐振器的阻尼因子和特定阈值偏置电压以上，激光发射可能是由于Andreev共振和Floquet-Andreev侧共振之间的单电子跃迁或级联电子跃迁造成的。
2017-08-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Unidirectional lasing via vacuum induced coherent in defective atomic lattice
Hainan Normal University（海南师范大学）；Northeast Normal University（东北师范大学）
本研究利用真空诱导相干与一维缺陷原子晶格的分布反馈、空间对称破缺效应，基于非厄米简并与谱奇异点在单系统中实现单向反射激光，分析了参数调制与产生条件，助力量子网络光子器件集成与光信息传输效率提升。
2025-08-22 physics.optics
Coherent amplification and lasing of weak surface-plasmon polaritons in a negative-index metamaterial with a resonant atomic medium
表面等离子体激元（SPPs）激光需要粒子数反转，效率低，光谱特性差。我们开发了一种无反转的量子等离子体波导的概念，利用单向超辐射SPP发射的辐射产生强烈的相干表面等离子体光束。我们的方案包括一个共振驱动的冷原子介质在无损介质位于超低损耗负折射率超材料~（NIMM）层。我们提出在原子介质和NIMM层界面内产生等离子体场的单向超辐射，并通过引入超辐射SPP波和耦合激光场之间的相位匹配来实现放大的SPP。我们还建立了弱调制等离子体激元场和原子系综的集体振荡之间的参数共振，从而抑制稳定放大的定向极化激元模式的退相干。我们的方法结合了原子介质的量子增益，得到了超辐射SPP波相干放大的充分条件，并将此方法应用于与弱极化激元波耦合的原子介质的量子动力学。我们的波导配置作为一个表面等离子体激元激光器和量子等离子体激元晶体管，并打开了前景，设计可控的纳米尺度激光器的量子和纳米光子应用。
2020-10-15 physics.optics
The degenerate band edge laser: a new paradigm for coherent light-matter interaction
我们提出了一类新的激光器的基础上的四阶例外点的简并（EPD）称为简并带边（DBE）。EPD已被发现在宇称时间对称的光子结构，需要损失和/或增益，在这里，我们表明，DBE是一种不同的EPD，因为它发生在周期性的结构，是无损和无增益。由于这种性质，一个小的增益水平是足以诱导单频激光的基础上同步操作的四个简并Floquet-Bloch本征波。这种激光方案构成了光-物质相互作用机制中的一个新范例，该机制也导致了激光阈值与激光腔长的五次方的倒数的前所未有的标度律。与常规带边激光器和具有相同加载质量（Q）因子和长度的腔中的常规激光器相比，DBE激光器具有最低的激射阈值。特别地，即使没有镜面反射器，DBE激光器也表现出比具有相同长度和非常高镜面反射率的均匀腔激光器低一个数量级的激射阈值。重要的是，这种新颖的DBE激光制度强制模式的选择性和相干单频操作，即使泵浦速率远远超过激光阈值，在对比传统的均匀腔激光器的多频性质。
2018-04-02 physics.optics
Coherent perfect absorbers for transient, periodic or chaotic optical fields: time-reversed lasers beyond threshold
近期作品[Y.D. Chong { \it等}，物理修订信函{ \bf 105}，053901（2010）; W. Wan { \it等人}，Science { \bf 331}，889（2011）]已经表明，在阈值处的激光发射的时间反转过程实现了相干完美吸收体（CPA）。在CPA中，具有特定耗散程度的光学腔中的损耗介质（其模量等于激光介质的增益）可以完美地吸收离散频率处的相干光波，所述离散频率是激光模式的时间反演对应物。在这里，时间反转的激射和CPA的概念被扩展为由在任意（并且通常高度非线性）制度中操作的激光器发射的光辐射，即用于瞬态、混沌或周期性相干光场。我们证明，任何电磁信号$E(t)$所产生的激光系统\textbf{S}工作在任意制度可以完全吸收CPA设备$\bf{S'}$，这是简单地实现内置\textbf{S}的宽带线性吸收器（衰减器）的适当的透射率。作为例子，我们讨论了CPA设备，完全吸收混沌激光信号和调频光波。
2012-05-23 physics.optics
Quantum correlations, mixed states and bistability at the onset of lasing
本文建立包含光子-电子两粒子量子关联的单模激光模型，揭示激光起始处的量子双稳性与混合态机制，并解释纳米激光及宏观激光阈值行为。
2024-10-02 physics.optics quant-ph
Demonstration of coherent emission from high-$β$ photonic crystal nanolasers at room temperature
报道了基于InAsP/InP量子点的光子晶体纳米腔在室温和通信波长下的激光发射。这种具有小模态体积和高品质因数的激光腔显示出高的自发发射耦合因数β。通过测量二阶自相关函数证实了激光发射。观察到从混沌到相干辐射的平滑过渡，并且在8倍阈值功率下获得相干辐射。
2010-03-25 physics.optics
Coherent feedback from dissipation: the lasing mode volume of random lasers
在任何量子或波系统中，耗散都会导致退相干。因此，令人惊讶的是，在第一种情况下，当强损耗随机激光器的实验通过测量光子统计和激光模体积明确地表明相干反馈在这样的系统中是可能的3 - 5，8。在相干反馈激光器中，光子形成远离平衡的凝聚体，即单个量子态被宏观数量的光子占据15。我们证明了随机激光器的有耗动力学本身意味着一个三维有限的激射模式范围，从而解决了无谐振腔相干反馈的难题。我们的随机激射理论，包括非线性增益和增益饱和预测的特征依赖于泵浦强度，这可以通过实验来测试的激光模式体积。
2012-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kagome Flatbands for Coherent Exciton-Polariton Lasing
支持狄拉克锥和平带色散的Kagome晶格是众所周知的高度受挫的二维晶格系统。特别是其中的平带基于它们与拓扑秩序、相关性和挫折的联系而吸引了持续的兴趣。在这项工作中，我们实现了耦合微腔实现的可果美晶格托管激子极化激元量子流体的光。我们证明了精确的控制平带的色散以及选择性的激子极化激元到平带的凝聚。随后，我们专注于空间和时间的相干性的激光发射从这些极化激元凝聚体，是紧密相连的系统的平带性质。值得注意的是，我们发现一个急剧增加的相干时间，由于平带凝聚的本地化。我们的工作表明，激子极化激元系统的平带态的详细研究作为一个平台，在紧凑的局域态，包括强相互作用，拓扑结构和非线性微激光阵列的突出的适用性。
2020-11-21 physics.optics
Lasing Action with Gold Nanorod Hyperbolic Metamaterials
相干纳米级光子源对于实现全光通信至关重要。几种小于衍射极限的纳米激光器已经在理论上被提出，并通过实验证明了使用等离子体腔来限制光场。这种紧凑的腔体表现出大的Purcell因子，从而增强了自发发射，该自发发射进入激光模式。然而，迄今为止报道的大多数等离子体纳米激光器都采用了共振纳米结构，因此激光发射仅限于共振波长附近。在这里，我们报告了一种基于金纳米棒双曲超材料的激光发射方法。双曲超材料由于光学状态的大光子密度而提供宽带Purcell增强，同时还支持表面等离子体模式以由于纳米棒介质中的非局部效应而提供用于激光发射的光学反馈。我们通过与椭圆色散超材料的比较，实验证明了双曲超材料在实现激光作用方面的优势。数值模拟比较了不同色散的异向介质的Purcell因子和表面等离子体激元模式，支持了实验结果的结论。我们表明，虽然这两种类型的超材料支持激光，发射与双曲线样品的两倍左右，与椭圆形的阈值低35%。因此，双曲型超材料可以作为一个方便的平台，选择纳米相干光子源在一个广泛的波长范围。
2016-09-16 physics.optics
Validation of Lasing in Active Nanocavities
本文给出了一个在自发发射耦合因子β = 0.65的有源纳米腔中产生激光的明确证明。为了区分微妙的激光阈值功能从可能的材料相关的现象，如在增益介质中的饱和吸收，一系列的活性纳米腔具有不同的β值已被设计成系统地接近高β设备。激光阈值的演示是通过观察从热到相干光光子统计的转变来获得的，这在β << 1激光机制中是很好理解和识别的。系统的调查允许更明确的验证在这些活跃的纳米腔的激光的发病。
2006-01-24 physics.optics
Dual-state control of lasing and absorption via conjugate exceptional points
Singapore University of Technology and Design (SUTD)（新加坡科技设计大学）；Mahindra University（马欣德拉大学）；Adam Mickiewicz University（亚当·密茨凯维奇大学）
本文通过增益损耗工程在法布里-珀罗微腔中实现一对共轭二阶异常点，从而实现对激光和相干完美吸收的双态操作与控制。
2026-05-22 physics.optics
Wave propagation, bidirectional transparency, and coherent perfect absorption-lasing in finite periodic PT-symmetric waveguide networks
本文从理论上和数值上研究了由有限个单元格组成的周期性奇偶时间对称波导网络的散射特性。具体地说，我们提出了严格的和形式上精确的表达式，波传播，双向无反射，相干完全吸收和激射（CPAL）发生在一个有限的周期性光波导网络。通过对PT对称转移矩阵的观测、Lorentz互易定理和非虚Bloch相位的推广，我们发现当单胞工作在PT断相或例外点时，系统总有传播模式，而与单胞的个数和传输相位无关.另一方面，当单位晶胞在精确的PT对称相位下操作时，传播波的形成将取决于单位晶胞的透射相位。更有趣的是，我们发现，即使单位单元不工作在例外点，反射与双向性以及单位透射率可以通过选择适当的数量的单位单元和特定的PT相位实现。我们还发现了两种方法来实现CPAL。一种是利用在CPAL点处工作的奇数个晶胞。另一种方法是利用适当数量的单元格来操纵特定的断相，同时使传输相位为零。我们相信，这项工作可能会提供一个理论基础，研究非常波动现象的PT对称光子学，并可能打开途径，操纵光。
2022-11-21 physics.optics
Single-Shot Single-Beam Coherent Raman Scattering Thermometry Based on Air Lasing
本文首次利用空气激光作为探针，开发了单发单束相干拉曼散射测温技术，实现1 kHz重复频率下优于2%精度的快速测温，为瞬态反应流和等离子体诊断开辟新途径。
2024-03-17 physics.optics physics.plasm-ph
Terahertz beat freuquency generation from two-mode lasing operation of coupled microdisk laser
我们提出了一个耦合微盘激光器作为一个紧凑的和可调谐的激光源产生的相干连续波太赫兹辐射的光混频。利用考虑激活介质非线性效应的薛定谔-布洛赫模型，我们得到了单模和双模激光随泵浦强度的变化规律。我们用共振模来解释激光模的跃迁，共振模是没有激活介质和非线性相互作用的薛定谔-布洛赫模型的解。特别是，一个两个模式的激光产生太赫兹振荡频率起源于两个几乎退化的谐振模式具有不同的对称性的光拍。
2012-07-05 physics.optics
On-Demand Coherent Nanolaser Metalens and Beam Steering Enabled by Physics-Informed Neural Networks
Institute of Materials Research and Engineering, Agency for Science, Technology, and Research (A*STAR)（材料研究工程研究所，新加坡科技研究局）
提出物理信息神经网络NanoPhotoNet-Lase，嵌入激光电磁与速率方程，快速设计超表面纳米激光器，实现低阈值、高Q值准BIC激光，并实验验证相干光束控制与聚焦。
2026-07-02 physics.optics
Self-sustained microcomb lasing in an integrated hybrid oscillator
本文提出了一种完全集成的混合腔体，实现无需外部驱动的自持微梳激光，具有超紧凑结构和高稳定性能。
2025-12-16 physics.optics
Exceptional Points, Lasing, and Coherent Perfect Absorption in Floquet Scattering Systems
Vienna University of Technology (TU Wien)（维也纳工业大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Graz（格拉茨大学）；NAWI Graz（NAWI格拉茨）；Riga Technical University（里加技术大学）
本文利用多光谱Floquet散射矩阵分析光子时间晶体中的电磁散射，证明伪酉性导致奇异点及对称性破缺，并在参数共振下实现相干完美吸收与激射，且方法适用于任意周期时变结构。
2026-09-18 physics.optics
Chiral Terahertz Amplification and Lasing using Two-Dimensional Materials with Berry Curvature Dipole
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
利用二维材料中的 Berry 曲率偶极实现手性太赫兹放大与激光，通过谐振腔增强光-物质相互作用，实现电驱动相干 THz 辐射。
2026-10-07 physics.optics
Coherent topological polariton laser
拓扑概念已被应用到广泛的领域，以成功地描述出现的强大的边缘模式，不受散射或无序。在光子学中，观察到拓扑保护模式产生激光的迹象，并改善了整体激光特性。在这里，我们研究激子极化激元微腔陷阱，排列在一个一维的Su-Schrieffer-Heeger晶格，并形成一个拓扑缺陷模式，我们明确地观察到高度相干的极化激元激光。此外，我们证实了激子的贡献极化激元激光通过施加外部磁场。这些系统的实验结果的鲁棒的激光和高时间相干性精心再现的广义Gross-Pitaevskii模型和Lindblad主方程模型的组合。因此，通过使用相对简单的SSH几何，我们能够描述和控制激子-极化激元拓扑激光，允许更深入地了解微激光器的拓扑效应。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Comment on "Thermal, Quantum Antibunching and Lasing Thresholds from Single Emitters to Macroscopic Devices"
在最近的一封信[物理。126，063902（2021）]，M. A. Carroll等人导出了一个模型，用于分析确定腔体中发射器的热、集体反聚束和激光发射机制。根据他们的模型，纳米激光器表现出一个明显的阈值，在该阈值处，相干激光场以有限的泵浦速率从分叉出现。该相干场的幅度随着泵浦速率的进一步增加而增加。这种行为与单模高$β$纳米激光器中向激光的转变的通常观点形成对比，根据该通常观点，随着泵浦速率的增加，进入激光模式的强自发发射导致从热态到相干态的平滑转变。在这里，我们证明了作者忽略了他们的模型方程中的重要项，这导致了分叉和理想的单色场以有限的泵浦速率出现。
2021-10-17 physics.optics quant-ph
Low-threshold, highly stable colloidal quantum dot short-wave infrared laser enabled by suppression of trap-assisted Auger recombination
铅硫族化合物胶体量子点（CQD）是一种很有吸引力的材料，可用作红外光谱范围内的可调谐激光介质。然而，过度的非辐射俄歇复合，由于陷阱状态的存在下，通过迅速湮灭激子人口，导致高增益阈值的光放大的竞争。在这里，我们采用CQD和ZnO纳米晶体的二元混合物来钝化PbS-CQD增益介质的间隙陷阱态。使用瞬态吸收，我们测量了五倍的俄歇寿命增加，证明了陷阱辅助俄歇复合的抑制。通过这样做，我们实现了放大自发发射（ASE）阈值的两倍降低。最后，通过将我们提出的二元混合物集成到DFB谐振器中，我们展示了在1650 nm处的单模激光发射，线宽为1.23 nm（0.62 meV），工作在~385 μJ.cm-2的低激光阈值。该系统中的俄歇抑制使得CQD激光器实现了前所未有的激光发射稳定性，在室温和环境条件下连续工作5小时。
2022-03-25 physics.app-ph physics.optics
Onset of lasing in small devices: the identification of the first threshold
我们提出了一种简单而灵活的技术，用于识别激光器中的相干发射的开始，从中尺度到纳米尺度，它利用光子计数和一个小的振幅调制添加到泵。最佳调制频率是从未扰动激光发射的射频功率谱中获得的。激光起始的识别依赖于作为泵浦速率的函数绘制的零阶自相关函数（$g^{(2)}(0)$）的响应中的共振的出现。这种技术的内在简单性及其光子计数的使用使其成为证明纳米级源中激光发射开始的极好工具。
2018-03-01 physics.optics
Plasmonic random laser on an optical fiber tip
随机激光产生的原因是来自多个散射中心的相干光反馈。在这里，我们证明了等离子体激元金纳米星是有效的光散射中心，在其纳米尖端表现出强场增强，这有助于非常窄的带宽和高度放大的相干随机激光与低激光阈值。首先，通过将等离子体金纳米星嵌入罗丹明6G染料增益介质中，我们观察到一系列非常窄的随机激光峰，半峰全宽约为0.8 nm。相比之下，游离的罗丹明6G染料分子仅表现出单个放大的自发发射峰，具有6 nm的较宽线宽。具有金纳米星的染料的激光阈值比自由染料的激光阈值低两倍。此外，通过在单模光纤的尖端涂上金纳米星，我们展示了通过光纤的随机激光信号的收集，可以很容易地引导和分析。时间分辨测量显示发射速率在激光阈值以上显着增加，表明存在受激发射过程。我们的研究提供了一种在纳米尺度上产生随机激光的方法，具有低阈值，可以很容易地收集和引导，这有望在遥感，信息处理和片上相干光源的一系列潜在应用。
2020-02-26 physics.app-ph physics.optics
Picosecond control of quantum dot laser emission by coherent phonons
皮秒声脉冲可用于通过移动半导体纳米结构的电子跃迁来控制半导体纳米结构的激光发射。当有源介质（这里是（In，Ga）As量子点的系综）被移入或移出与腔模式的共振时，可以动态地实现激光发射的大的增强或抑制。最有趣的是，即使在增益介质和腔模共振的情况下，我们也观察到由于相干声子的振动而增强的激光。为了理解非线性耦合的光子-激子-声子子系统之间的相互作用，我们建立了一个半经典模型，并发现理论和实验之间的良好一致性。
2017-01-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Systematic study of the influence of coherent phonon wave packets on the lasing properties of a quantum dot ensemble
相干声子可以在超快时间尺度上极大地改变放置在光学谐振器内的半导体纳米结构中的光-物质相互作用。对于作为活性激光介质的量子点系综，声子能够引起发射强度的大的增强或衰减，如最近已经证明的。这种耦合的声子-激子-光子系统的物理学由各种效应组成，这些效应在实验中通常不能被清楚地分离，特别是因为相当复杂的应变脉冲撞击在量子点系综上。在这里，我们提出了一个全面的理论研究如何影响的激光发射的声子脉冲的各种形状，以及与不同的光谱分布的量子点的合奏。这使我们能够深入了解耦合声子-激子-光子系统的基本相互作用动力学，同时它使我们能够清楚地区分两个突出的效应：系综的绝热位移和振动效应。这为通过声子控制的定制激光发射铺平了道路。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Narrow linewidth lasing and soliton Kerr-microcombs with ordinary laser diodes
窄线宽激光器和由锁模激光器产生的光学频率梳革新了光学频率计量学。在紧凑型晶体或集成环形光学微谐振器中出现的孤子克尔频率梳为应用开辟了新的视野。然而，这些梳齿，正如自然假设的那样，需要窄线宽的单频泵浦激光器。我们证明了一个规则的多频法布里-珀罗激光二极管自注入锁定到一个光学回音壁模式（WGM）微谐振器可以首先有效地转换为一个单频超窄线宽源，然后相干孤子梳状振荡器与低功耗和进一步集成的可能性。
2018-09-26 physics.optics
Electrically reconfigurable extended lasing state in an organic liquid-crystal microcavity
University of Southampton（南安普顿大学）；University of Iceland（冰岛大学）；Institute of Experimental Physics, Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院实验物理研究所）；Durham University（杜伦大学）；Institut Pascal, Université Clermont Auvergne, CNRS, ClermontINP（帕斯卡尔研究所，克莱蒙奥弗涅大学，法国国家科学研究中心，克莱蒙理工学院）；Institute of Applied Physics, Military University of Technology（军事科技大学应用物理研究所）；Institute of Optoelectronics, Military University of Technology（军事科技大学光电子研究所）；Institute of Chemistry, Military University of Technology（军事科技大学化学研究所）
研究提出在有机液晶微腔中实现电控的扩展激光态，通过电调制实现近场和远场调控，突破传统低温限制，在室温下实现强光-物质耦合控制。
2026-04-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Lasing Threshold Condition for Oblique TE and TM Modes, Spectral Singularities, and Coherent Perfect Absorption
我们研究了光谱奇异性及其在确定均匀光学有源材料的无限平板的斜横电磁（TE/TM）模式的阈值增益系数$g^{(E/M)}$中的应用。我们表明，$g^{(E)}$是一个单调递减的函数的入射角$θ$（测量相对于正常方向的板坯），而$g^{(M)}$有一个单一的最大值，$θ_c$，它需要一个非常大的值。我们确定$θ_c$与布鲁斯特角，并表明，$g^{(E)}$和$g^{(M)}$符合$θ=0$（正常入射），趋于零的$θ\to 90^\circ$，并满足$g^{(E)}<g^{(M)}$为$0<θ<90^\circ$。因此，我们的结论是，激光和相干完全吸收总是更难以实现的倾斜TM波，他们几乎是不可能的TM波与$θ\approxθ_c$。我们还详细描述了谱奇异斜TE波和TM波的能量密度和坡印亭矢量的行为。这提供了这些波的宇称不变性的一个明确的演示，并表明，一个频谱奇异TM波与$θ>θ_c$的能量密度是较小的增益区域内比它以外。反之亦然，TM波与$θ<θ_c$和所有TE波。
2015-01-27 physics.optics quant-ph
Random lasing actions in self-assembled perovskite nanoparticles
溶液型钙钛矿纳米粒子由于在光伏和光电子器件中的应用，在过去的几年中得到了广泛的研究。在这里，基于溶液基钙钛矿和随机激光器之间的共同点，我们研究了自组装钙钛矿纳米颗粒中的无镜激光作用。在从溶液合成之后，已经从光泵浦钙钛矿观察到离散的激光发射峰，而没有任何明确的腔边界。所获得的随机激光的品质（Q）因子和阈值分别为500和60 μ J/cm 2左右。这两个值都与具有多边形腔边界的常规钙钛矿微盘激光器相当。通过对激光光谱和荧光显微镜图像的研究，认为激光作用是随机增益介质中强多次散射产生的随机激光。除了传统的单光子激发外，由于钙钛矿的强非线性效应，双光子泵浦随机激光器也首次被证明。我们相信这项研究将在低成本相干光源和生物医学检测中找到其潜在的应用。
2015-12-23 physics.optics
Line lasing in a two-dimensional lattice of orbital photonic resonators
Univ. Lille, CNRS, UMR 8523 – PhLAM – Physique des Lasers Atomes et Molécules（里尔大学，法国国家科学研究中心，UMR 8523 – 激光物理原子与分子物理实验室）；Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，纳米科学与工程中心）
通过耦合微柱二维晶格中轨道光子模式的组合，设计出在一个方向平坦、垂直方向色散的光子带，实现线激光模式，为紧凑二维晶格中密集激光矩阵提供可能。
2026-07-03 physics.optics
Directional Random Lasing in Liquid Crystal Infiltrated Metasurfaces
本文提出将染料掺杂向列相液晶渗透到纳米二氧化硅超表面中，通过调节泵浦能量实现大角度定向随机激光发射，并在亚微米尺度实现宽角度光束转向，为可调谐相干光源和超表面光子应用提供了新方法。
2025-11-10 physics.optics
Nonstationary Regime of Random Lasers
数值研究了一维和二维随机激光器随阈值以上抽运率的变化。依赖于腔模式的泄漏，我们观察到，固定激光制度变得不稳定的第二个阈值以上。相干不稳定性被观察到的总输出强度，粒子数反转和偏振的自脉动。
2010-11-25 physics.optics
Nonlinear Spectral Singularities and Lasing Threshold Condition
光谱奇异性是一个数学概念，在某些零宽度共振方面具有有趣的物理实现。在光学中，它表现为阈值增益下的激光。我们探讨了他们最近发展的非线性推广的应用在研究的非线性效应的激光阈值条件的无限平板增益介质。特别是，对于克尔非线性，我们推导出一个明确的表达从板的发射波的强度，并讨论了我们的结果的影响，作为一个相干的完美吸收体的时间反演系统。
2013-03-20 physics.optics quant-ph
A self-stabilized coherent phonon source driven by optical forces
光学力可以使微小的物体进入相干机械振荡状态，也称为机械或声子激光。提出了一种新型的光机械光子晶体泵浦机制，该机制实现了对光机械模式及其相互耦合的宽松要求的机械激光。它源于自发触发的热/自由载流子自脉冲和由此产生的辐射压力的非谐波调制。此外，反馈的机制上的自脉冲频率夹带两个振荡器，创建一个自稳定的不可分解的系统。作为自脉冲的固有频率的宽调谐的结果，观察到具有两种不同的机械模式（在54和122 MHz）的频率夹带区域的歧管。该系统在硅兼容平台中的压力和温度环境条件下运行，这使得其在传感，芯片内计量或计时应用中的开发成为可能。
2014-08-07 physics.optics
Contrasting Spectral Signatures and Sensitivities of CPA-Lasing in a $\cal PT$-Symmetric Periodic Structure
CPA激光是在宇称-时间（$\cal PT$）对称光子系统中提出的相干完全吸收和激射共存状态。在这项工作中，我们表明，由散射矩阵（$S$）的奇异值谱显示的CPA-激光的光谱特征可以比由$S$的本征值谱显示的宽几个数量级。由于前者反映了光可以被吸收或放大的强度，而后者则表明了$S$的自发对称性破缺，因此这些对比鲜明的光谱特征表明，即使在$S$的$\cal PT$对称相位中也可以实现近乎完美的吸收和极强的放大，这是已知的，并由其通量守恒本征态定义。我们还表明，这些对比鲜明的光谱签名是伴随着显着不同的灵敏度，无序和不完善，这表明本征值谱是潜在的适合检测和奇异值谱鲁棒切换。
2016-11-11 physics.optics
Thresholdless transition to coherent emission at telecom wavelengths from coaxial nanolasers
半导体激光器的不断小型化使得超低阈值器件成为可能，甚至提供了一条接近具有线性输入-输出特性的无阈值激光的途径。这种纳米激光器已经开始讨论所涉及的物理机制的起源及其边界，如所需的光子数，优化光限制在谐振器和模式密度增强的重要性。在这里，我们研究高$β$金属包层同轴纳米激光器，这有利于无阈值激光。我们从实验和理论上研究了传统的激光特性，以及发射光的光子统计。虽然前者缺乏足够的信息来确定相干辐射的阈值，后者揭示了有限的阈值泵浦功率。我们的工作清楚地突出了高$β$激光器的一个重要的和经常被误解的方面，即无阈值激光器确实具有有限的阈值泵浦功率，并且不能与假设的零阈值激光器混淆。
2019-05-23 physics.app-ph physics.optics
Atomically Thin Yellow Pearl: An Impetus for Thermal Nonlinear Optical Effect Assisted Continuous Wave Random Lasing
在低温以上，对于具有大量晶格缺陷的材料，在连续波（CW）光泵浦下的随机激光（RL）发射通常具有挑战性。因此，在制造RL器件时需要特别小心。在原子极限下具有独特功能的2D材料的合成对于在这样的装置中使用是必要的。以南海珍珠为原料，采用液相剥离法制备了无缺陷的2D黄色珍珠（2D-YP）。此后，2D-YP已被用作被动散射体以实现来自常规增益分子的CW泵浦RL发射，即，罗丹明B（RhB）。与其他半导体（TiO 2）和2D（石墨烯和h-BN）被动散射体相比，对于由RhB和2D-YP组成的无序系统，即，2D-YP@RhB，这是由于形成了一个大的折射率梯度，诱导的热非线性光学（NLO）相互作用。因此，在最低阈值输入泵浦功率和线宽分别为65 mW和3 nm时，2D-YP@RhB的非相干RL（ic-RL）发射约为591 nm。此外，通过改变2D-YP@RhB容器的配置，也可以从ic-RL到模式可调谐相干RL（c-RL）发射的明显转变。因此，新设计的范德华异质结构，即，具有固有光子捕获能力的2D-YP可以为开发未来令人兴奋的光电子器件铺平道路。
2022-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Numerical analysis of a superradiance-sideband-assisted laser with a zero frequency pulling and a narrow linewidth
本研究通过量子朗之万方程数值模拟超辐射边带辅助激光器，实现了零频率牵引的中心激光峰，其线宽可低至原子/腔线宽的百万分之一，且可利用边带峰高差实现泵浦激光的原子锁定，为新型超稳主动光学钟提供了新思路。
2024-08-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
CPA-laser effect and exceptional points in PT-symmetric multilayer structures
相干完全吸收（CPA）和激光的同时存在是非厄米光子学最有趣的特性之一。然而，CPA激光和PT对称性破缺在例外点（EP）之间的联系需要澄清。本文利用传输矩阵方法和Maxwell-Bloch方程的数值模拟研究了PT对称多层损耗增益结构中CPA激光效应的表现形式。我们发现，在不同的相位关系的输入波之间的吸收和放大之间的最大对比度达到远低于EP，因此是不连接到真正的激光。在这个政权，有一个很好的定性协议之间的计算方法。在EP之上，系统展示了激光发射，而不管输入波的参数如何。因此，吸收和放大之间的最大对比度对应于CPA放大器而不是CPA激光器。
2019-08-13 physics.optics
Molecular optomechanics in the anharmonic regime: from nonclassical mechanical states to mechanical lasing
本文提出利用分子振动的强内禀非简谐性，通过力学阻塞非相干类比制备非经典力学态，并揭示其对强驱动下力学放大的抑制与相干振荡起始的重塑，为表面增强拉曼散射中实现分子相干与非经典效应开辟途径。
2023-06-27 physics.optics quant-ph
Optical characterization of size- and substrate-dependent performance of ultraviolet hybrid plasmonic nanowire lasers
本文通过单纳米线光学表征与高通量PL光谱，研究Ag、Al衬底上ZnO纳米线紫外混合等离激元激光器，揭示衬底色散与纳米线直径对激子-表面等离激元耦合及器件性能的调控作用。
2024-05-08 physics.optics
Anisotropy-assisted non-scattering coherent absorption of surface plasmon-polaritons
控制电磁导模传播的能力是集成纳米光子学的核心。表面等离子体激元是集成光学系统中的一类导模。在这里，我们提出了一个理论设计的相干表面等离子体吸收器，可以完美地收获能量的相干入射表面等离子体没有寄生散射到自由空间模式。由于吸收体的特别定制的各向异性，避免了通常伴随着界面边界的表面等离子体激元的散射的自由空间模式的激发。对空间非均匀有限尺寸结构中相干SPP吸收体的概念进行了数值分析。我们相信，我们的研究结果将是重要的集成纳米等离子体系统的发展。
2016-05-31 physics.optics
Raman-assisted coherent, mid-infrared frequency combs in silicon microresonators
我们展示了第一个低噪声中红外频率梳源使用硅微谐振器。我们在产生的梳中观察到强拉曼散射线，表明拉曼和四波混频相互作用在帮助过渡到低噪声状态中发挥作用。此外，我们的特点，腔内梳发电动力学使用集成的PIN二极管，它利用了固有的三光子吸收过程中的硅。
2016-04-21 physics.optics
Amplified emission and lasing in a plasmonic nano-laser with many three-level molecules
从理论上研究了由许多染料分子围绕金纳米球规则排列组成的系统的稳态等离子体激元激光。采用具有真实分子耗散的三能级模型分析了泵浦场幅度和分子数目对器件性能的影响。很少的分子和适度的泵浦产生单个窄的发射峰，因为受激分子通过放大的自发发射将能量转移到单个偶极等离子体振子模式。在强泵浦下，由于两个分子激发能级通过与泵浦场和偶极等离子体激元场的相干耦合而相互干扰，因此单个峰分裂成更宽、更弱的发射峰。大量的分子产生了泊松分布的等离子体激元数态具有大的平均数特征的激光作用。然而，由于分子干涉效应，这些激光特性在强泵浦下恶化。
2017-11-20 physics.optics quant-ph
Scattering-assisted and logic-controllable WGM laser in liquid crystal micropillar
回音壁模式（Whispering Gallery Mode，WGM）微腔具有强的光限制和长的光子寿命，可以有效地存储和操纵光，但其独特的旋转对称性本质上阻碍了光与WGM的耦合。提出了一种散射辅助液晶微柱WGM激光器。微柱中心的荧光散射使微柱表面的WGM激光明显增强。此外，液晶分子的弱散射也为激光模式与微柱基波导的轴向传输模式之间建立了有效的耦合通道，为一体化液体WGM激光器提供了自引射和自导引功能。此外，基于电锚定液晶分子在热力作用下的迟滞特性，提出了一种可擦除读写的液体存储器件，为逻辑可控的WGM激光器在光存储和光控制中的应用奠定了基础。
2022-05-03 physics.optics
Control of $\text{N}_2^+$ Air Lasing
近红外激光器部分地通过耦合V-系统中的$\text{X}^{\text{2}} Σ_{\text{g}}^{\text{+}}$和$\text{A}^{\text{2}} Π_{\text{u}}$状态，在氮分子阳离子的$\text{B}^{\text{2}} Σ_{\text{u}}^{\text{+}}$和$\text{X}^{\text{2}} Σ_{\text{g}}^{\text{+}}$状态之间的跃迁上产生增益。传统的时间分辨泵浦-探测测量依赖于通过泵浦脉冲的后电离耦合来初始化$\text{A}^{\text{2}} Π_{\text{u}}$状态中的动态。在这里，我们表明，一个弱的第二激发脉冲减少模糊性，因为它只作用于离子独立的电离。附加的控制脉冲可以通过将布居移动到$\text{A}^{\text{2}} Π_{\text{u}}$状态来增加增益，这以两种不同的方式修改激光发射。在我们的实验中，$\text{X}^{\text{2}} Σ_{\text{g}}^{\text{+}}$到$\text{A}^{\text{2}} Π_{\text{u}}$跃迁上的快速退相干的存在可能会阻止基态中相干旋转波包的形成，但是控制脉冲可以通过泵浦脉冲来反转脉冲对准以去除$\text{B}^{\text{2}} Σ_{\text{u}}^{\text{+}}$状态中的旋转波包。
2020-07-16 physics.optics
