Fabrication of thin diamond membranes for photonic applications
高品质的，薄的金刚石膜含有氮空位中心提供了关键优势，在制造金刚石基结构的各种应用，包括宽场磁场，光子学和生物传感。在这项工作中，我们详细描述了薄的，光学活性的金刚石膜的离子注入和过度生长的装置的产生。为了建立我们的方法的光子应用的适用性，品质因数为1000的光子晶体腔制造。
2012-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Carrier Transport in Electrically-Driven Photonic Crystal Membrane Lasers
本文通过二维有限体积模拟研究电驱动光子晶体膜激光器的载流子输运，揭示非常规泄漏路径及p掺杂空间分布对注入效率和低阈值激射的关键作用。
2025-09-25 physics.optics
Optomechanical and Photothermal Interactions in Suspended Photonic Crystal Membranes
我们在这里提出了一个光学机械系统制造的新的应力管理技术，使我们能够暂停无缺陷的硅光子晶体膜上的硅绝缘体（SOI）衬底上的间隙，可调到200 nm以下。我们的器件能够在大的表面积上产生强大的吸引力和排斥力，具有简单的内耦合和外耦合，并具有迄今为止任何几何结构中最强的排斥光机械耦合（gOM/2π ~ -65 GHz/nm）。探讨了光机械和光热机械动力学之间的相互作用，后者用于实现机械模式的冷却和放大，表明我们的平台非常适合于低功率质量，力和折射率传感以及光机械加速度计的应用。
2012-10-30 physics.optics
Excitation of Symmetry Protected Modes in a Lithium Niobate Membrane Photonic Crystal for Sensing Applications
我们的理论研究揭示了一个机会，开发一个电场传感器的基础上开发的对称保护模式（SPM），我们激发的电光材料，即锂的LiNbO3（LN）。SPM是由光子晶体（PhC）的离散Bloch模和薄膜的连续模结合而产生的类Fano暗共振。黑色的特征与具有高度对称性的结构几何形状有关。SPM激发，然后madepossible由于照明下小斜入射打破了对称性的配置。这导致在电信光谱范围内具有高达10 ^5的高品质因数的几个超灵敏和可调谐的Fano类共振。这些共振中的一些在LN内提供了高度受限的电场。这种限制使得电光普克尔斯效应的增强系数高达4 × 10^5，从而加剧了所设计传感器的检测灵敏度。
2020-07-27 physics.optics
A Semiconductor Under Insulator Technology in Indium Phosphide
这封信介绍了半导体下绝缘体（SUI）的InP技术，用于设计条形波导接口的InP光子晶体膜结构。在InP-SUI中的条形波导被支撑在原子层沉积的绝缘体层下，与在绝缘体上支撑的硅中的条形波导相反。当使用与局部光子晶体膜结构接合的InP-SUI条形波导时，与扩展的光子晶体波导膜相比，我们显示出光传输的实质性改善。此外，SUI还为平面膜III-V系统提供了SOI中使用的各种光纤耦合技术，例如亚微米耦合。
2012-10-03 physics.optics
Local thermal resonance control of GaInP photonic crystal membrane cavities using ambient gas cooling
我们使用连续波紫激光器对GaInP光子晶体腔进行了空间相关的调谐。通过激光加热光子晶体膜获得局部调谐。腔共振位移测量不同的泵的位置和两种环境气体：氦和氮。我们发现，膜中诱导的温度分布的宽度在很大程度上取决于环境气体的热导率。对于He气体，预测了2.8 μ m的窄空间宽度的温度分布，并在实验中得到了验证。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Telecommunication-wavelength two-dimensional photonic crystal cavities in a thin single-crystal diamond membrane
我们展示了二维光子晶体腔工作在通信波长的单晶金刚石膜。我们使用高光学质量和薄（~ 300 nm）的金刚石膜，由多晶金刚石框架支撑，实现完全悬浮的二维光子晶体腔与高的理论品质因数~ $8\times10^6$和相对较小的模式体积~2 $(λ/n)^3$。使用电子束光刻和垂直干法蚀刻在膜中制造腔。我们观察到腔谐振在一个宽的波长范围内跨越电信O-和S-波段（1360 nm-1470 nm）的Q因子高达~1800。我们的方法提供了一个新的方向，芯片上的金刚石纳米光子应用在结晶波长范围内。
2021-10-26 physics.app-ph physics.optics
Absorption enhancement in photonic crystal thin films by pseudo disordered perturbations
首先研究了在单一图案膜中引入受控扰动对其吸收的影响，然后基于能带折叠考虑进行了分析。通过引入适当的伪无序扰动来克服优化的单一图案膜的综合吸收，最终证明了这种方法对光伏应用的兴趣。
2014-02-11 physics.optics
Mechanical investigations of free-standing SiN membranes patterned with one-dimensional photonic crystal structures
本文详细研究了不同预应力氮化硅薄膜的一维光子晶体结构和振动特性。通过原子力显微镜扫描确定图案化区域附近的结构的拉伸应力相关的变形，而使用光学干涉测量法测量面外膜振动的共振频率和品质因数。我们表明，这些非侵入性的测量，结合有限元模拟的结果，提供准确的知识，这些纳米结构的薄膜的拉伸应力，弹性模量和密度。所获得的结果在两个方面很有趣：首先，它们表明已经在各种光子学应用中开发的这种高反射薄膜具有高机械质量，这也使它们对光学机械和传感应用具有吸引力。其次，它们代表了一种非破坏性的方法来确定关键的材料参数，可以适用于广泛的脆弱的纳米结构薄膜。
2022-05-19 physics.app-ph physics.optics
Nanoscale mechanical manipulation of ultrathin SiN membranes enabling infrared near-field microscopy of liquid-immersed samples
本文利用轻敲AFM针尖对超薄SiN膜的可逆纳米形变进行力学操控，以轻敲相位高灵敏量化粘附物体力学特性并结合同步光谱揭示纳米水层厚度，为液体浸没样品红外近场显微及力活性生物材料研究提供新方法。
2024-04-02 physics.optics
Ultralow-power, high-speed programmable Si photonic circuits with InGaAsP membrane
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Tohoku University（东北大学）
本研究提出基于InGaAsP/Si混合MOS移相器的可编程光子电路，实现超低功耗、高速、高效率调制，并集成到马赫-曾德尔网格中，为大规模可编程光子计算奠定基础。
2026-09-22 physics.optics
Benchmarking five numerical simulation techniques for computing resonance wavelengths and quality factors in photonic crystal membrane line defect cavities
本文对两种光子晶体薄膜微腔进行了数值研究，一种是具有相对较低品质因子（$Q$）的短线缺陷腔，另一种是具有较高品质因子（$Q$）的长线缺陷腔。我们使用五个国家的最先进的数值模拟技术来计算腔$Q$因子和谐振波长$λ$的基本腔模式在这两种结构。对于每种方法，系统地改变相关的计算参数，以估计计算不确定度。我们表明，一些方法比其他更适合治疗这些具有挑战性的几何形状。
2018-04-20 physics.comp-ph physics.optics
Diamond membranes: platform for photonic and opto-mechanical applications
Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；Melbourne Center for Nanofabrication（墨尔本纳米制造中心）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；Vilnius University（维尔纽斯大学）；University of Tartu（塔尔图大学）；Australian Synchrotron（澳大利亚同步辐射加速器）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
研究金刚石膜在光子、量子和光机械设备中的应用，通过红外特性分析和飞秒激光切割展示其在不同波长范围内的吸收特性与干涉模式。
2026-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cavity optomechanical bistability with an ultrahigh reflectivity photonic crystal membrane
以亚波长周期图案化的光子晶体（PhC）膜提供了高反射率、低质量和高机械品质因数的独特组合。我们展示了一个PhC膜，我们使用的法布里-珀罗腔的一面镜子与精细度高达$F=35,000(500)$，对应于一个记录高的PhC反射率$R=0.999835(6)$。基本机械频率为426 kHz，是光学线宽的两倍多，使其牢牢地处于解析边带状态。真空中的机械品质因数是$Q=1.1(1)\times 10^6$，这使我们能够实现与${\cal C}_0=6.6\times10^{-3}$一样高的单光子协同性值。我们很容易将光机械双稳看作是腔传输中的滞后现象。当输入功率超过双稳态阈值时，即使存在空气阻尼，动力学反作用也会引起1~MHz以上的强机械振荡。该平台将促进光机、精密传感和光机诱导双稳态应用的发展。
2022-11-18 physics.app-ph physics.optics
Polarization manipulation of giant photonic spin Hall effect using wave-guiding effect
在等离子体激元系统中，增强的光子自旋霍尔效应（PSHE）先前仅对于水平偏振是可能的。利用波导表面等离子体共振（WG-SPR）效应，我们报道了水平和垂直偏振波反射光的巨光子自旋霍尔效应（G-PSHE）。我们研究了具有附加玻璃介质层的Kretschmann结构中偏振控制的G-PSHE。这个额外的电介质层使我们能够实现毫米级（超过2毫米到亚毫米）的G-PSHE。我们利用波导和SPR理论设计了新颖的结构，实现了偏振操纵。使用模拟研究，我们研究了一个额外的薄介电层上G-PSHE的影响。这项研究使基于水平和垂直偏振的量子器件和传感器的潜在应用成为可能，其中光自旋起着关键作用。
2022-05-17 physics.optics
Optical Control of Chirality by Ultrafast Symmetry Breaking in Membrane Metasurfaces
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Shubnikov Institute of Crystallography, NRC “Kurchatov Institute”（库尔恰托夫国家研究中心舒比尼科夫晶体学研究所）；School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）；University of Brescia（布雷西亚大学）；Qingdao Innovation and Development Center, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学青岛创新发展基地）；Theoretical Physics and Quantum Technologies Department, National University of Science and Technology ‘MISIS’（莫斯科国立科学技术大学“MISIS”理论与量子技术系）
研究通过瞬态对称性破缺实现硅超表面中手性的超快全光控制，利用光子本征态对对称性扰动的敏感性，光激发产生自由载流子打破对称，实现手性可逆调控，为相关技术发展开辟道路。
2026-07-30 physics.optics
Spontaneous emission control of single quantum dots by electromechanical tuning of a photonic crystal cavity
我们演示了嵌入在双膜光子晶体腔中的单个InAs量子点的自发发射率的控制的机电调谐的腔谐振。用静电场控制两个膜之间的分离，我们获得了腔模式与激子线的实时光谱对准，并且我们观察到共振时自发发射率的增强。腔已被调谐超过13 nm，而不转移激子能量。当点与模的耦合效率为92%时，获得了4.5的自发发射增强。
2012-07-12 physics.optics
Phononically shielded photonic-crystal mirror membranes for cavity quantum optomechanics
本文提出一种结合二维光子晶体与声子晶体图案的亚波长氮化硅薄膜镜面，在室温下实现高反射率和高机械品质因子，并演示了光力学边带冷却至毫开尔文温度及光学双稳态，为腔量子光力学和量子基态冷却提供了可行平台。
2022-12-23 physics.optics quant-ph
Frequency manipulation of light by photonic gauge potentials
操纵光的频率的能力在基础量子科学和实际应用中都非常重要。传统的频率转换方法依赖于非线性光学过程，存在效率低、带宽受限等问题。拓扑光子学的最新发展将规范势和磁场的概念引入光子领域。在这里，我们展示了多功能的频率操纵光通过光子规范的潜力在光纤通信系统。通过控制电光相位调制的初始相位，实现了频率维的规范势。通过选择不同的规范势，实现了频率梳最大50 GHz的频移和三倍的带宽扩展。通过采用两个不同规范势的级联相位调制器，实现了频率梳的“负折射”和任意输入光谱的频率“完美成像”。这些结果可能为量子光学和经典光通信中的多功能频率管理铺平道路。
2017-05-20 physics.optics
High-Efficiency Shallow-Etched Grating on GaAs Membranes for Quantum Photonic Applications
我们在砷化镓奈米薄膜上设计并制作了一种浅蚀刻光栅，以应用于量子光子积体电路中的晶片与光纤的有效耦合。实验结果表明，该光栅的光纤耦合效率大于60%，对930 nm波长的背向反射抑制小于1%，3 dB带宽大于43 nm。设计的光栅实现了从嵌入式砷化铟量子点到光纤的高效单光子收集，与常用的圆形光栅相比，光子计数平均增加了6倍，为片上量子信息处理提供了有效的接口。
2018-09-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Omnidirectional photonic chiral flatband in nonlocal membrane metasurfaces
Hefei University of Technology（合肥工业大学）；Nanchang University（南昌大学）；Hunan Normal University（湖南师范大学）
通过弱耦合紧束缚模型在非局域硅膜超表面中实现全向平带共振，并通过打破空气孔镜面对称性赋予其手性，获得高Q因子和圆二色性，驱动高效三次谐波产生和手性上转换成像。
2026-06-15 physics.optics
Mapping and manipulation of topological singularities: from photonic graphene to T-graphene
动量空间中的拓扑奇异性不仅能产生一些有趣的基本现象，还能产生一些特殊的物质性质，在过去的十年里引起了人们极大的兴趣。最近，我们已经证明了普遍的动量到实空间映射的TS和赝自旋角动量转换使用光子蜂窝（类石墨烯）和Lieb晶格。这种映射产生于环绕狄拉克或类狄拉克锥的Berry相，因此是拓扑起源。在本文中，我们简要介绍了以前的观察拓扑电荷转换，然后我们提出了我们的第一个理论分析和实验证明TS映射在一个新的T-石墨烯晶格。与其他晶格不同，在T-石墨烯的第一布里渊区中存在两个共存但不同的TS，它们位于不同的高对称点，这使得在同一晶格中能够进行受控的拓扑电荷转换。我们展示了TS映射的主动操纵，将两个TS变成不同螺旋度的涡旋，或者一个变成高阶涡旋，而另一个变成四极。这种TS操纵和赝自旋-轨道转换可以在光通信和量子信息中找到应用，并且可以在2D光子平台之外对具有多个TS的其他Dirac-like结构的研究进行深入了解。
2022-12-23 physics.optics
A Diamond-Photonics Platform Based on Silicon-Vacancy Centers in a Single Crystal Diamond Membrane and a Fiber-Cavity
我们实现了一个潜在的平台，一个有效的自旋光子接口，即带负电荷的硅空位中心的金刚石膜耦合到一个完全可调谐的，基于光纤的，光学谐振器的模式。我们证明，引入薄（$\sim 200 \, \text{nm}$），单晶金刚石膜的谐振腔的模式不会改变腔的属性，这是一个有效的自旋光子接口的关键点之一。特别是，我们观察到恒定的高精细度值高达$3000$和线性分散在膜的存在下。我们观察到了增强因子为$\sim 1.9$的SiV $^{-}$中心系综的腔耦合荧光。此外，从我们的调查中，我们提取的合奏吸收和外推的吸收截面$(2.9 \, \pm \, 2) \, \cdot \, 10^{-12} \, \text{cm}^{2}$为一个单一的SiV $^{-}$中心，比以前报道的高得多。
2019-03-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Large-Area Photonic Membranes Achieving Uniform and Strong Enhancement of Photoluminescence and Second-Harmonic Generation in Monolayer WSe2
本文提出一种大面积自支撑膜光子平台，利用准连续体束缚态在单层WSe2中实现光致发光和二次谐波产生的均匀强增强（分别达1158倍和378倍），并支持晶圆级结构表征与非线性耦合研究。
2025-08-05 physics.app-ph physics.optics
Experimental Probing of Photonic Density of States in Hyperbolic Metamaterial
在具有双曲色散的超材料（氧化铝膜中的银纳米线阵列）中，我们观察到沉积在超材料表面上的染料的发射寿命减少了六倍。这是早期预测的双曲型超材料中光子态高密度的证据。
2009-12-09 physics.optics
Neutral Helium Atom Diffraction from a Micron Scale Periodic Structure: Photonic Crystal Membrane Characterization
由超音速膨胀产生的中性氦束的表面散射是在原子尺度上测量表面的结构和动力学性质的既定技术。氦束也被用于夫琅和费和菲涅耳衍射实验。由于原子束的波长通常为0.1 nm或更短，因此，迄今为止，夫琅禾费衍射实验中的透射仅限于周期（节距）高达200 nm的光栅结构。然而，较大的周期对于若干应用是有意义的，例如对于光子晶体膜结构的表征，其中周期通常在微米/高亚微米范围内。在这里，我们提出了氦原子衍射测量的光子晶体膜结构的二维正方形晶格的100 × 100圆孔。标称周期为490 nm，孔半径为100 nm。据我们所知，这是迄今为止用氦衍射测量的最大周期。氦衍射测量解释使用基于氦束特性的模型。它演示了如何成功地提取值从实验数据的平均周期的光栅，孔径和虚拟源的宽度用于模拟氦束。
2017-02-14 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Processing of Photonic Crystal Nanocavity for Quantum Information in Diamond
在金刚石中实现光子晶体（PC）对于整个基于金刚石荧光中心的自旋电子学领域具有重要意义。由于这种材料的极端化学和机械性能，钻石的加工步骤与通常使用的不同。目前的工作总结了在钻石PC的实现的艺术状态。它是基于创建一个独立的金刚石膜，所需的纳米尺寸的图案是通过使用聚焦离子束（FIB）铣削。通过模拟预测了面向加工的最佳结构参数。铣削策略，形成金刚石膜的方法，在FIB和光学特性的限制介电材料的操作配方进行了讨论，结合他们的影响PC腔设计。由此产生的结构，其特征在于通过共焦光致发光。
2010-12-29 physics.optics
Manipulation of photonic topological edge and corner states via trivial claddings
Ningbo University（宁波大学）；Nanjing University（南京大学）；Guangxi Normal University（广西师范大学）；Soochow University（苏州大学）
通过调节平凡包层几何参数，实现拓扑界面态相变及角态调控，揭示平凡包层对拓扑边界态形成的关键作用。
2025-11-24 physics.optics
Photonic devices fabricated from (111) oriented single crystal diamond
金刚石是追求集成量子光子技术的首选材料。到目前为止，大多数由金刚石制成的光子器件都是由（100）取向的晶体制成的。在这项工作中，我们展示了一种从（111）取向金刚石制造光学活性膜的方法。我们使用剥离技术产生膜，然后在硅的存在下化学气相沉积金刚石，以产生均匀的硅空位色心，其发射性能优于（100）取向的金刚石。我们进一步使用金刚石膜来制造高品质的微型谐振器，其品质因数超过~ 3000。在时域有限差分计算的支持下，我们讨论了（111）取向结构作为量子纳米光子器件构建模块的优势。
2019-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Photonic Crystals Engineering For Light Manipulation: Low Symmetry, Graded Index and Parity Time Symmetry
对二维和三维周期性结构（称为光子晶体（PC））的极大兴趣始于Yablonovitch和John的先驱工作，因为人们可以有效地控制电磁（EM）波的传播，其方式与影响电子传导的半导体相同。光子晶体的主要特性之一是在透射光谱中具有类似于电子带隙的光子带隙，因此，无论空间中的传播方向如何，它们都能够阻止光在某些频率区域中传播。在带隙内，既不存在光学模式也不存在自发发射。打破PC单元格的旋转和镜像对称性提供了丰富的色散特征，例如倾斜自准直和波长解复用效应。光子晶体设计中的另一个重要问题是，如果有意地重新排列二维光子晶体的参数，则设计渐变折射率介质是可行的。这种类型的结构被称为渐变折射率光子晶体（GRIN PC）。通过周期性结构实现GRIN在设计不同的折射率梯度和光子集成电路组件（诸如耦合器、透镜和模阶转换器）方面提供了极大的灵活性。在光衍射起重要作用的长距离传输中，无任何损失地传输光信号至关重要。因此，利用二维轴棱锥形状的环形光子结构来解决光的衍射现象是本论文的另一个主题。除了传统的光子全介质结构，我们已经提出了增益-损耗调制的奇偶时间（PT-）对称光子结构，以获得强的非对称光传输接近晶体共振，或等价地，接近高对称点。
2016-02-18 physics.optics
Thermal analysis of GaN-based photonic membranes for optoelectronics
Universität Bremen（不来梅大学）；MAPEX Center for Materials and Processes, Universität Bremen（不来梅大学材料过程MAPEX中心）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；MIT-IBM Watson AI Lab, IBM Research（麻省理工学院-IBM沃森人工智能实验室，IBM研究部）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本研究通过结合双激光拉曼热计量与光致发光测量，实现了对氮化镓基光子膜的非侵入式热导率分析，揭示了其在低温下的热特性。
2024-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metasurface-dressed two-dimensional on-chip waveguide for free-space light field manipulation
我们表明，超颖表面涂层的二维（2D）平板波导，使任意复杂的光场的产生相结合的光学超颖表面的波前控制与光子集成电路的紧凑性的极端的多功能性和自由。我们展示了片外二维聚焦和全息投影与我们的超表面修饰的光子集成器件。这项技术为许多其他需要完全片上集成的2D光场操纵的光学应用提供了潜力，例如固态LiDAR和近眼AR/VR显示器。
2022-01-23 physics.optics
Thermal release tape-assisted semiconductor membrane transfer process for hybrid photonic devices embedding quantum emitters
能够组合不同的材料允许利用在单一材料系统中无法发现或利用的不同性质和设备工程。在量子纳米光子学中，人们可能希望通过例如组合III-V族半导体中可用的有效经典和量子光发射、硅基材料中可获得的低损耗光传播、碳酸锂和宽带反射器的快速电光特性和/或用于局部电场应用或发射体的电注入的掩埋金属接触来增加器件功能。我们提出了一种转移印刷技术的基础上去除阵列的独立膜和它们的沉积到主机材料上使用热释放胶带辅助过程。这种方法是通用的，因为它对转移的材料和宿主材料施加了有限的限制。特别地，我们将190 nm厚的GaAs膜转移到金衬底上，所述GaAs膜具有高达约260 $μ$ m × 80 $μ$ m的尺寸，含有InAs量子点。我们表明，与微柱的蚀刻相结合的背反射器的存在显著增加了量子光的提取效率，从单个量子点线达到光子通量，超过每秒8 × 10 $^5$光子，这比在同一芯片上从柱外部的发射器测量的最高计数率高四倍。考虑到该方法的多功能性和容易性，该技术开辟了实现混合量子和纳米光子器件的途径，该混合量子和纳米光子器件可以组合几乎任何可以被底切的材料以实现自立式膜，然后将自立式膜转移到任何主衬底上，而没有特定的兼容性问题和/或要求。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Suspended photonic crystal membranes in AlGaAs heterostructures for integrated multi-element optomechanics
我们提出了高反射率的机械谐振器制作的AlGaAs异质结用于在电信波长制度的自由空间光学腔。机械谐振器制造在GaAs板中，并用光子晶体图案化以增加其面外反射率。机械模式的表征揭示了GaAs器件层中的残余拉伸应力。这种应力导致比未受应力的GaAs更高的机械频率，并且可以用于机械耗散的应变工程。同时，我们发现入射光束的有限束腰导致了反射光谱的下降。该特征源于与光子晶体的引导共振的耦合，这是在设计有限尺寸的板时必须考虑的效应。这里展示的单层和亚$\upmu$ m间距双层板可以直接在同一材料平台上的分布式布拉格反射镜的顶部上制造。该平台为在芯片上实现集成多元件腔光机器件和光机微腔开辟了一条途径。
2020-08-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Deformable two-dimensional photonic crystal slab for cavity optomechanics
我们设计了具有最佳光学和机械性能的光子晶体悬浮膜用于腔光学力学。这样的谐振器以几千的品质因数维持兆赫范围内的振动模式。由于孔的二维正方形晶格，它们在1064 nm处垂直入射时的反射率高达95%。这两个特点，加上薄膜的质量很小，为在法布里-珀罗腔中使用诸如可变形端面镜的周期性结构来研究腔的光机效应开辟了道路
2011-07-01 physics.optics quant-ph
Fault-Tolerant Directional Couplers for State Manipulation in Silicon Photonic-Integrated Circuits
光子集成电路在通信、传感、测距和信息处理等当前和未来的应用中发挥着核心作用。光子量子计算也可能需要集成光学架构来提高稳定性、可扩展性和性能。容错量子计算要求非常精确和鲁棒的量子门。在这项工作中，我们展示了高保真定向耦合器的单量子位门的光子集成波导，利用一种新的方案失谐调制复合段。具体的设计，以减少对波长的变化和现实世界中的波导宽度和深度的几何制造误差的敏感性。实验证明了增强的波长容限。这一概念显示出作为集成量子光学架构的一部分的缩放高保真门的巨大前景。
2022-04-07 physics.optics quant-ph
A superhigh-frequency optoelectromechanical system based on a slotted photonic crystal cavity
我们开发了一个全集成的光机电系统，工作在超高频波段。该系统是基于超高Q值开槽光子晶体（PhC）纳米腔形成的两个PhC膜，其中一个图案与电极和电容驱动。强的同时机电和光机械相互作用产生有效的电激发和灵敏的光学转导的体声波模式的PhC膜。这些模式被确定为高达4.20 GHz的频率，其机械Q因子范围从240到1，730。直接链接在微波和光域中的信号，这样的光机电系统将发现在微波光子学中的应用，除了那些分别利用机电和光机械相互作用。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Self-Configuring Universal Multichannel and Multidimensional Integrated Photonic Processing Engine
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；Guangdong-Macao Joint Laboratory for Modular Chip Design and Testing, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（模块化芯片设计与测试粤港联合实验室，香港科技大学（广州））；Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Hong Kong（电气电子工程学系，香港大学）
本文提出一种自配置光子处理器，实现多维光束的任意操控，通过光学奇异值分解引擎实现空间和偏振维度的精确处理，支持光束整形、光学开关和可重构光加-drop复用等多功能。
2026-04-13 physics.optics
Realization of high-Q/V bichromatic photonic crystal cavities defined by an effective Aubry-André-Harper potential
我们报道了在薄硅膜中的双色光子晶体腔的设计、制造和光学特性，其谐振波长在1550 nm附近。腔的设计是基于最近提出的光子晶体实现的Aubry-André-Harper双色势，它依赖于两个一维晶格的叠加与周期常数之间的非整数比。在光子晶体纳米腔中，这种限制机制使得可以直接实现优化的品质因数，特别是超高Q因子和衍射极限模体积。几个硅膜光子晶体纳米腔的Q值在1百万范围内已经实现，证明了共振散射。这些设计的通用性及其易于实现和可扩展性使得这些结果对于在不同材料平台和工作波长上实现高性能光子纳米腔特别有趣。
2016-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic Bound State in the Continuum for Strong Light-matter Interaction
在高折射率薄膜上的低折射率波导混合光路中，由于不同泄漏通道的相消干涉，光耗散被禁止，发现了连续介质中的光子束缚态（BIC）.基于光子BIC，混合波导中的低模区和微谐振腔中的高品质因数可以用来增强光与物质的相互作用。以金刚石膜上易于加工的聚合物结构为例，这些优异的光学性能可以在很宽的结构参数范围内存在，且加工公差很大，并诱导光子与金刚石中氮空位中心之间的强耦合，用于可扩展的量子信息处理器和网络。这种具有光子BIC的制造友好结构在激光、非线性光学和量子光学应用中也是非常有前途的。
2013-05-23 physics.optics quant-ph
On-Chip Vectorial Structured Light Manipulation via Inverse Design
本文提出数据驱动的逆向设计方法，通过映射算子关联物理光场与数学函数空间，实现片上高维希尔伯特空间中任意结构化光场的精确操控，并设计出高性能拓扑耦合与路由器件。
2024-05-29 physics.optics
Microring resonators on a membrane optical circuit for atom-light interactions
我们描述了一个可扩展的原子光光子接口的设计和制造的基础上的氮化硅微谐振器的透明的二氧化硅-氮化物多层膜。这种新的光子平台完全兼容自由空间冷原子激光冷却，稳定的捕获，并在大约$100~$ nm从云母表面分选，允许形成有组织的，强烈相互作用的原子光子混合晶格。我们演示了具有高品质因数$Q=3.2\times 10^5$的小半径（$R\sim$ 16 $μ$ m）微环和跑道谐振器，投射了$C=25$的单原子协同性参数和用于与微环谐振器模式相互作用的被困铯原子的真空拉比频率为$2g= 2π\times 340~$ MHz。我们表明，品质因数目前是有限的多层膜的表面粗糙度，使用低压化学气相沉积（LPCVD）工艺生长。我们讨论了可能的进一步改善以上$Q>5\times10^6$的品质因数，潜在地实现单原子的$C > 500$的强单原子-光子耦合的单原子协同参数。
2021-04-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
2D photonic-crystal optomechanical nanoresonator
我们提出了一种光学优化的光学机械设备的基础上，悬浮的InP膜图案化的二维近波长光栅（NWG）的基础上的二维光子晶体的几何形状。我们首先通过数值模拟确定一组几何参数，在50 nm的跨度上提供高于99.8%的反射率。然后，我们研究了有限的光腰和横向尺寸的NWG模式，使用不同的数值方法引起的限制。NWG光栅，穿在一个悬浮的InP 265 nm厚的膜，被用来形成一个紧凑的微腔涉及悬浮纳米膜作为端镜。所得腔体具有小于10 $μ$ m的腰部尺寸和在200范围内的精细度。它被用来探测纳米膜的力学模式的布朗运动。
2014-10-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical Self-Stability of Freestanding Photonic Metasurfaces
我们开发了一个分析框架，用于在三维空间中对独立超颖表面进行自稳定光学操作。我们的框架表明，具有挑战性的问题，稳定在三维的平移和旋转扰动减少到一个更简单的散射分析的超表面单元格在两个维度。我们推导出适用于任意三维径向超颖表面和径向光束强度分布的通用解析刚度系数。我们的框架的分析性质有利于高效地发现最佳的光学机械元表面。这种用于机械稳定的超颖表面的使用使得能够在准直但未聚焦的光束中进行宏观尺度和长距离控制，并且可以开辟超越传统光学镊子和传输的操纵的新途径。
2021-06-21 physics.optics
Near-Zero Index Photonic Crystals with Directive Bound States in the Continuum
近零折射率平台的出现为光操纵提供了新的机会，提高了光学非线性，波导中的传输特性和恒定相位分布。此外，它们代表了光子电路中面临的阻抗失配的解决方案，在量子光子学、通信和传感中提供了多种应用。然而，它们的实现受限于可以表现出这种低指数的材料的可用性。对于在可见光和近红外波长中使用的材料，本征损耗消除了大部分近零折射率特性。具有特定电磁模式的全介质光子晶体的设计克服了固有损耗的问题，同时显示出接近零的有效模式指数。然而，这些模式强烈辐射到周围环境，极大地限制了设备的应用。在这里，我们探索了一种新型的全介质光子晶体结构，能够维持有效的近零折射率模式耦合到定向束缚态的连续，以减少辐射损耗，打开非凡的机会，在纳米光子电路的辐射操纵。此外，其相对简单的设计和相稳定性有利于与其他光子组件的集成和再现性。
2020-11-04 physics.optics
Optical Nanofiber Testbeds for Benchmarking Membrane-Waveguide Photonic Integrated Circuit Platforms toward On-Chip Quantum Inertial Sensing
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）
本文提出三种创新，通过光学纳米光纤测试平台验证了蒸发场原子引导，展示了低功率引导自由运动的铯原子，并验证了原子相干性，为芯片级量子惯性传感奠定了基础。
2026-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A Fabry-Perot Microcavity for Diamond-Based Photonics
开放的法布里-珀罗微腔代表了一个有前途的路线，实现量子电动力学（腔QED）平台与金刚石基发射器。特别地，它们提供了将高纯度、最少制造的材料引入到可调谐、高品质因数光学谐振器中的机会。在这里，我们展示了一个基于纤维的微腔，包含一个厚（> 10 μm）的金刚石膜，其精细度为17，000，对应于品质因数Q ~ $10^6$。这种最低限度制造的厚样品可以包含类似于块状金刚石中发现的光学稳定发射体。我们观察修改后的微腔光谱中存在的膜，并开发分析和数值模型来描述腔模式的膜的效果，包括损耗和耦合到高阶横模。我们估计，大约20的Purcell增强应该是可能的钻石在这个设备中的发射器，并提供证据表明，更好的钻石表面处理和镜面涂层可以增加这个值到200在一个现实的系统。
2015-08-26 physics.optics quant-ph
Boundary-dominated optomechanics in silicon metamaterial membranes
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（纳米科学和纳米技术中心，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；Telecommunication Research Institute (TELMA), Universidad de Málaga（马拉加大学电信研究所）；Photonic Systems Laboratory, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院光子系统实验室）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本文提出利用垂直呼吸机械模式与横向磁光学模式耦合，实现硅膜中高频率光声学信号处理，展示出12GHz的布拉格增益与高Q因子比。
2026-05-08 physics.optics
Low Polarization Sensitive O-band SOA on InP Membrane for Advanced Photonic Integration
本文基于IMOS平台设计并制备采用拉伸应变体有源层和反向锥形垂直过渡的O波段SOA，实现低偏振相关、高效低噪且节能的放大，适合大规模超紧凑PIC集成。
2024-04-09 physics.app-ph physics.optics
Orbit-orbit photonics: Harnessing vortex-trajectory interplay for light manipulation
School of Electrical and Computer Engineering, Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学电气与计算机工程学院）
研究揭示了光的内禀轨道角动量与外在轨道角动量相互作用，通过等离子体椭圆腔实现涡旋依赖的光束位移，拓展了光操控工具箱。
2026-05-09 physics.optics
Modeling of an efficient singlet-triplet spin qubit to photon interface assisted by a photonic crystal cavity
本文提出并优化了一种基于GaAs/AlGaAs异质结构薄膜的单重态-三重态自旋量子比特到光子接口，通过光子晶体腔和底部金反射器实现高效光提取，仿真总耦合效率可达48.5%。
2023-10-28 physics.optics quant-ph
Automated manipulation of free space optical beams with integrated silicon photonic meshes
自由空间光学（FSO）为无线系统提供了有前途的解决方案，其中许多不同的设备需要通信和互操作，交换大量数据，如通信和传感器网络以及定位和测距技术。在这些应用中，光场的控制和操纵是需要正确地产生和正确地接收FSO光束，即使在不可预测的对象和湍流的存在下，在光路中。在这项工作中，我们使用可编程的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的网格自动控制的复杂领域的辐射和捕获的光学天线阵列。该系统具有多种功能，包括利用非理想光学天线产生理想形状的光束，通过障碍物或漫射介质成像所需的场图案，以及识别插入FSO路径中的未知障碍物。与用于操纵FSO光束的传统设备（如空间光调制器（SLM））相比，我们的可编程电路可以通过自动控制策略进行自配置，并且可以与在同一光子芯片上实现的其它功能集成。
2021-04-16 physics.app-ph physics.optics
Field-Programmable Mobile Magneto-Photonic Metaparticles for Active Light Manipulation and Steering
Department of Mechanical Engineering, University of Minnesota（明尼苏达大学机械工程系）
本文提出一种可编程移动磁光元粒子，用于在复杂介质中主动操控和定向光束，结合磁性驱动与光子超表面技术，实现高效、偏振无关的光束控制。
2026-02-27 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical coupling in a two-dimensional photonic crystal defect cavity
周期性结构的材料可以维持光学和机械模式。本文研究和实验观察了一个模体积为$\sim$ $3(λ/n)^{3}$的二维悬浮光子晶体缺陷腔的光机械特性。观察到两个家庭的机械模式：弯曲模式，与整个悬浮膜的运动，和本地化模式的频率在GHz制度对应于本地化的声子在光学缺陷腔的衍射限制的大小。我们演示了直接测量的光机真空耦合率使用频率校准技术。最高测量值超过250 kHz，表明在这种结构中的光学和机械模式的强耦合。
2010-11-29 physics.optics
