Realizing quantum controlled phase-flip gate through quantum dot in silicon slow-light photonic crystal waveguide
提出了一种在慢光硅光子晶体波导中通过单个量子点实现两个单光子之间受控相位门的方案。与腔辅助系统相比，增强的Purcell因子和β因子导致宽带频率上的高栅极保真度。这种硅光子晶体波导系统的良好物理集成为大规模量子信息处理提供了巨大的潜力。
2008-03-07 physics.optics
Silicon graphene waveguide tunable broadband microwave photonics phase shifter
提出了一种基于集成环形腔的可调谐宽带微波光子移相器。数值计算结果表明，在40 GHz的带宽和全360度的射频相移与0.12伏的适度的电压漂移的宽带操作的可行性。
2013-12-26 physics.optics
Photoluminescence from silicon dioxide photonic crystal cavities with embedded silicon nanocrystals
利用硅纳米晶体在二氧化硅中制备了一维纳米梁光子晶体腔。实验中发现品质因数超过9 × 10 ^3，与理论预测相符，模体积为1.5（λ/n）^3。在600-820 nm的可见光波长范围内观察到来自腔模的光致发光。在不同的温度和泵浦功率下，对腔的损耗特性进行了研究。自由载流子吸收效应被发现是显着的泵功率低至几百千瓦。
2010-03-04 physics.optics
Observations of Spontaneous Raman Scattering in Silicon Slow-light Photonic Crystal Waveguides
报道了硅光子晶体波导中自发喇曼散射的观测结果。报道了在六角晶格光子晶体硅薄膜中的单线缺陷波导中，连续波测量斯托克斯辐射的波长和功率依赖性。通过利用类TM模的布拉格间隙边缘色散进行泵浦增强和类TE基模的斯托克斯增强，观察到斯托克斯辐射在慢群速度区域增加了5倍。结果表明，硅光子晶体慢光波导器件中存在明显的非线性增强效应。
2008-07-22 physics.optics
Extreme Value Statistics in Silicon Photonics
我们表明，拉曼放大脉冲的波动，在存在噪声的泵，遵循极值统计，并提供数学洞察这种令人困惑的行为的起源。
2008-08-31 physics.optics
Soliton Propagation with Cross Phase Modulation in Silicon Photonic Crystal Waveguides
采用非线性薛定谔分步傅立叶方法，数值计算了交叉相位调制是否能使硅慢光光子晶体波导中的时间孤子脉冲传播短于1毫米。模拟结果表明，由于光子晶体的高功率和短尺度，双光子吸收将导致光孤子脉冲是非常耗散的。然而，该模型表明，通过利用交叉相位调制，它是可能的，以维持在硅光子晶体波导内的双光子吸收在较长的相对距离的压缩孤子脉冲。
2013-02-18 physics.optics
Design of nanobeam photonic crystal resonators for a silicon-on-lithium-niobate platform
我们设计了一个硅/铌酸锂混合材料系统的光子晶体谐振器。利用硅和锂酸盐之间的折射率对比，可以在键合在锂酸盐顶部上的硅薄膜中引导和限制光子共振。在光波长标度模体积下，可实现大于$10^6$的品质因数。我们表明，在这样的系统上图案化电极可以产生0.6 GHz/V（4 pm/V）的电光耦合率。
2016-04-19 physics.optics
Photonic analog computing with integrated silicon waveguides
硅集成波导的光谱被定制以处理模拟计算（即，利用信号与系统理论，我们设计了几种硅集成器件来实现光子微分器和光学微分方程求解器。其基本原理是剪裁硅集成波导的光谱以满足模拟计算电路的要求。这些模拟光子集成电路在未来高速、低成本、小型化的计算系统中具有很好的应用前景。我们还计划在更复杂的计算模块中使用这些基本计算单元。
2014-09-09 physics.optics
On-chip optical diode based on silicon photonic crystal heterojunctions
光隔离是集成光子学长期追求的目标，也是一个基本的困难。作为实现这一目标的一步，我们展示了设计，制造和表征的芯片上的波长级的光学二极管是由两个不同的硅二维正方形晶格光子晶体平板之间的异质结的方向带隙失配和不同的模式转换。测得的透射谱显示出相当大的单向传输行为，与数值模拟结果吻合良好。利用全介质、无源和线性硅光子晶体结构实现片上光学二极管的实验研究，将有助于构造无非线性和无磁性的片上光学逻辑器件，为光子计算机的发展开辟道路。
2011-10-26 physics.optics
Large Frequency Range of Photonic Band Gaps on Porous Silicon Heterostructures for Infrared Applications
在这项工作中，我们从理论上表明，它是可能的设计一个大的带隙在红外范围内使用的一维光子晶体异质结构的多孔硅。将具有相同对比度指数但具有不同晶格周期的多个光子晶体子结构堆叠在一起，可以加宽通过多孔硅多层的低对比度指数可以达到的窄禁带隙。在这项工作中的主要思想是，我们可以构建一个巨大的光子带隙-作为所需的大-通过结合一个串联的光子晶体子结构，通过使用一个简单的分析规则，以确定每个子结构的周期。
2010-12-29 physics.optics
Optical Isolation Can Occur in Linear and Passive Silicon Photonic Structures
片上光隔离器在基于硅集成光子结构的光通信和计算中起着关键作用。近年来，通过线性和无源光子结构隔离光引起了人们的广泛关注和激烈争议。在这里，我们分析了硅光子晶体平板异质结二极管的光隔离特性，通过比较的前向transmittance和往返反射率的面内红外光通过该结构。往返反射率比前向透射率小得多，证明了良好的隔离。线阵无源硅光二极管中面内信号光的非互易输运归因于多通道结构中的信息耗散和选择性模式转换，与互易原理不冲突。
2012-04-06 physics.optics
Tunable narrowband microwave photonic filter created by stimulated Brillouin scattering from a Silicon nanowire
我们展示了第一个功能的信号处理设备的基础上受激布里渊散射的硅纳米线。我们仅使用1 dB的片上SBS增益来创建具有48 dB抑制、98 MHz线宽和6 GHz频率调谐的RF光子陷波滤波器。该器件在片上微波信号处理中具有潜在的应用价值，为研制第一个CMOS兼容的高性能射频光子滤波器奠定了基础。
2015-06-25 physics.optics
Silicon Photonic Direct-Detection Phase Retrieval Receiver
本研究提出基于硅光子学的直接检测相位恢复接收机，在紧凑芯片上集成强色散与延迟线，无需载波或本地振荡器即可恢复30-GBd QPSK信号的完整场。
2023-10-02 physics.optics
Coherent supercontinuum generation in a silicon photonic wire in the telecommunication wavelength range
我们展示了一个完全相干的超连续光谱跨越500 nm的绝缘体上的硅光子线波导在1575 nm波长泵浦。一个很好的协议与数值模拟报告。模拟还表明，高水平的双光子吸收可以基本上强制执行的光谱展宽过程的相干性，而不管泵浦脉冲的持续时间。
2014-10-16 physics.optics
Phase sensitive amplification in silicon photonic crystal waveguides
实验研究了基于泵浦简并四波混频的硅光子晶体波导中的相敏放大。在记录紧凑型196 μm纳米光子器件中，尽管存在双光子吸收和自由载流子，但由于宽带慢光的作用，获得了11 dB的相位消光比。数值计算结果与实验结果吻合较好。
2013-10-29 physics.optics
Predicted photonic band gaps in diamond-lattice crystals built from silicon truncated tetrahedrons
最近，发现了一种制备四面体硅颗粒的硅微加工方法。在这份报告中，我们确定，使用能带结构计算，金刚石晶格光子晶体的光学性质时，组装从这样的颗粒。我们表明，从硅四面体构建的晶体结构预计将显示小的停止间隙。当使用截顶四面体粒子构建光子晶体时，出现了宽的光子带隙。与截断四面体颗粒的带隙宽度为23.6%，可以实现，这是两倍以上的宽度相比，在自组装金刚石晶格的硬球的带隙。带隙的宽度对与最佳截断量的小偏差不敏感。这项工作铺平了道路，一类新的硅金刚石晶格带隙晶体，可以通过自组装获得。这种自组装方法将允许在现有的硅微流体和电子系统中容易地集成这些高度光子晶体。
2011-08-25 physics.optics
Photonic Crystal Cavities in Silicon Dioxide
对在二氧化硅介质中制作的一维纳米束光子晶体腔进行了模拟和实验研究。对于模体积为2.0立方波长（氧化物）和可见光波长范围（600- 716 nm）的腔，通过模拟发现其品质因数大于10 ^4，而在实验中发现其品质因数大于5* 10 ^3。还考虑了不同设计参数对腔品质因数和模体积的影响。
2009-10-01 physics.optics
Signature of a three-dimensional photonic band gap observed on silicon inverse woodpile photonic crystals
研究了CMOS兼容的三维硅反木堆光子晶体在近红外波段的反射率。偏振分辨反射率光谱从两个正交的晶体表面对应于1.88 π sr立体角。光谱揭示了具有高达67%的高反射率的宽峰，其与晶体上的空间位置无关。所有方向和偏振的光谱重叠的反射率峰形成了相对带宽高达16%的宽光子带隙的签名。这个签名支持与阻隙在平面波能带结构计算和预期的带隙的频率区域。
2011-05-20 physics.optics
Efficient light coupling from integrated single-mode waveguides to supercollimating photonic crystals on silicon-on-insulator platforms
我们提出了一个实用和有效的解决方案，从集成单模波导的光耦合到超准直平面光子晶体在传统的绝缘体上的硅平台。该装置由一个脊形波导，设计用于维持空间扩展的单模和匹配的超准直光子晶体，这已被截断在其边界，以提高两个光子组件之间的阻抗匹配。三维模拟显示，在接近1.55微米的波长下，传输效率高达96%，反射率低于0.2%。这种方法构成了光子芯片上的超准直结构的集成的重要一步。
2008-01-14 physics.optics
Non-invasive monitoring and control in silicon photonics by CMOS integrated electronics
随着光子学从今天的器件级向大规模集成和片上复杂系统的方向发展，诸如光子集成电路的监测、控制和稳定的概念作为新的范例出现。在这里，我们展示了高品质因数硅光子谐振器的非侵入性监测和反馈控制，该谐振器由直接集成在腔内的透明光检测器辅助。控制操作完全由CMOS微电子电路管理，托管许多并行电子读出通道，该通道桥接到硅光子芯片。先进的功能，如波长调谐，锁定，标记和交换的演示。透明监视器的非侵入性和CMOS读出系统的可扩展性为控制在单个芯片上聚集许多组件的任意可重构光子集成电路提供了可行的解决方案。
2014-05-22 physics.optics
Cavity-Enabled Self-Electro-Optic Bistability in Silicon Photonics
提出了一种利用光腔内自电光效应的新型硅光子器件。由于双稳态不依赖于材料的固有光学非线性，而是通过光电反馈来设计，因此它出现在低光功率下。该器件满足光开关的所有基本要求，可用于构建可扩展的数字光计算系统。
2014-04-16 physics.optics
Heterogeneously integrated silicon photonics for the mid-infrared and spectroscopic sensing
除了作为微电子学的基础材料外，在光学方面，晶体硅长期以来一直用于制造红外透镜和反射镜。近年来，硅已成为实现光互连和通信光子器件大规模集成的关键材料。对于光学，硅具有显著的优势：它提供了非常高的折射率，并且在1.2至8微米的光谱范围内高度透明。为了充分利用硅在非常广泛的范围内的优异性能，并实现新的光电功能，在这里，我们描述了一种通用的方法来集成硅光子器件在任意衬底上。特别是，我们应用该技术成功地集成硅微环谐振器在中红外兼容基板上的操作中红外。这些高性能中红外光学谐振器首次用于演示有机化学品的片上腔增强中红外光谱分析，检测限小于0.1 ng。
2014-03-06 physics.optics
Long-range coupling of silicon photonic waveguides using lateral leakage and adiabatic passage
提出了一种基于硅光子平台上薄浅脊波导绝热传输和侧向泄漏耦合的长程耦合新方法。该方法使得能够通过充当光学总线的硅板的模式在两个隔离波导之间传输光。由于绝热协议的性质，总线模式具有最小的人口和运输是高度鲁棒的。我们证明了这个概念，并使用严格的建模检查这种方法的鲁棒性。我们进一步证明了效用的方法，通过耦合两个波导之间的功率，同时绕过中间波导。这一概念可以形成硅集成光子芯片的新互连技术的基础。
2013-07-08 physics.optics
Two-dimensional porous silicon photonic crystal light emitters
我们设计、制作了纳米多孔硅二维光子晶体腔，并进行了初步实验。由于Purcell效应和由腔限定的定向辐射图案，预期在谐振波长处的光致发光提取效率的增强。由于其小的模体积和适度的品质因数，这种腔还应当增强多孔Si所表现出的非线性，超过在一维分布式布拉格反射腔中观察到的非线性。这种设计很好地将其自身与传统的基于硅的电子器件集成在单个芯片上。
2005-09-21 physics.optics
Coupled-mode theory for stimulated Raman scattering in high-Q/Vm silicon photonic band gap defect cavity lasers
我们证明了受激拉曼散射的动力学设计的高Q/Vm的硅光子带隙纳米腔通过耦合模理论框架对光泵硅激光。其他chi（3）效应，如双光子吸收和光学克尔，相关的自由载流子动力学，热效应，以及线性损耗，如腔辐射和线性材料吸收的相互作用，包括和数值研究。我们的结果澄清了机制的相对贡献和演变，并证明了激光和关闭阈值。我们的研究阐明了在单片硅高Q/Vm光子带隙缺陷腔中实现连续波和脉冲高效拉曼频率转换的条件。
2006-07-06 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
Silicon photonic crystal cavity enhanced second-harmonic generation from monolayer WSe2
纳米谐振器与二维材料（如过渡金属二硫属化物）的集成是近年来出现的一种很有前途的纳米光电平台。在这里，我们展示了共振增强二次谐波产生（SHG）在钨二硒使用硅光子晶体腔。通过在通信波长处用腔模附近的超快激光脉冲泵浦该器件，我们观察到了一个具有窄线宽和近单位线偏振的近可见倍频，起源于泵浦光子与腔模的耦合。所观察到的SHG增强了约200倍的裸单层硅相比。我们的研究结果表明，腔集成单层材料的非线性光学的有效性和潜在的硅兼容的二阶非线性集成光子平台的建设。
2016-07-18 physics.optics
Coupled fiber taper extraction of 1.53 um photoluminescence from erbium doped silicon nitride photonic crystal cavities
光纤锥用于收集在硅上的掺铒氮化硅中制造的光子晶体腔中的~1.5 μ m的光致发光发射。通过光纤锥的光致发光收集相对于自由空间增强2.5倍，总锥收集效率为53%。通过改变光纤锥距腔的偏移量，可以获得较宽的耦合强度调谐范围。这种材料体系结合光纤锥形收集器，有望用于构建片上光放大器。
2010-01-04 physics.optics
Integrated GHz silicon photonic interconnect with micrometer-scale modulators and detectors
我们报告了一种使用微米级环形谐振器增强硅调制器和波导集成锗光电探测器的硅光链路。我们显示3 Gbps的操作与0.5 V调制器电压摆幅和1.0 V的检测器偏置的链接。这种链路的总能耗估计为~120 fJ/bit。这种紧凑和低功耗的单片链路是迈向未来微处理器大规模片上光互连的重要一步。
2009-06-30 physics.optics
Giant Enhancement of Nonlinear Harmonic Generation in a Silicon Topological Photonic Crystal Nanocavity Chain
研究了硅光子晶体纳米腔的Su-Schrieffer-Heeger（SSH）链中边缘模的拓扑局域化对三次谐波产生的强增强效应。纳米腔链的边缘模不仅自然地继承了单个纳米腔的谐振特性，而且还表现出模式鲁棒性远远超出单个纳米腔的拓扑特征。通过工程SSH纳米腔交替强和弱耦合强度的硅板，我们观察到的边缘模式的形成，需要三个数量级的增强相比，在一个平凡的SSH结构的THG信号。我们的研究结果表明，光子晶体纳米腔链可以为拓扑驱动的非线性光子学提供一个很有前途的片上平台。
2021-05-20 physics.optics
Selective tuning of high-Q silicon photonic crystal nanocavities via laser-assisted local oxidation
我们研究了腔谐振调谐的高Q硅光子晶体异质结构的局域激光辅助热氧化使用532 nm的连续波激光聚焦到2.5 mm半径的斑点大小。总位移符合抛物线速率定律。在~ 30 mW激光功率下，调谐范围可达8.7 nm。在此调谐范围内，腔Q从3.2 \times 10 ^5减小到1.2 \times 10 ^5。数值模拟模拟了硅光子晶体薄膜中的温度分布以及氧化引起的谐振腔位移。
2011-06-03 physics.optics
Observations of four-wave mixing in slow-light silicon photonic crystal waveguides
在硅W1光子晶体波导中观察到四波混频。闲频转换效率的色散依赖性进行测量，并示出在表现出慢群速度的波长增强。观察到转换效率增加了12 dB。同时，观察到由于在慢光制度中的群速度色散的增加，在转换带宽的减少。实验观察到的转换效率与数值模拟结果一致。
2010-04-09 physics.optics
On-Chip Silicon Waveguide Bragg Grating Photonic Temperature Sensor
电阻测温法是一种经过时间考验的温度测量方法。近年来，基于电阻的方法的基本限制激发了人们对开发光子温度传感器作为可行的替代方案的极大兴趣。在这项研究中，我们证明了我们的光子温度计，它由一个集成了布拉格光栅的硅波导组成，可用于测量温度变化范围从5 C到160 C的综合扩展不确定度[k = 2 ; 95%置信水平]为1.25摄氏度。传感器的计算模型预测的谐振波长和有效折射率的测量值的4%以内。
2015-08-05 physics.optics
Room temperature all-silicon photonic crystal nanocavity light emitting diode at sub-bandgap wavelengths
硅现在被牢固地确立为高性能光子材料。其唯一的弱点是缺乏在室温下连续工作、在技术上重要的1300- 1600 nm波长窗口中呈现窄线宽、体积小并且以低功耗工作的原生电驱动光发射器。在这里，在室温下展示了1300-1600 nm范围内的电泵浦全硅纳米光源。利用氢等离子体处理，在硅中引入纳米级的光学活性缺陷，然后将其馈入光子晶体纳米腔中，通过Purcell效应增强器件中的电驱动发射。在1515 nm波长处观察到一条窄的（Δλ = 0.5 nm）发射线，其功率密度为0.4 mW/cm 2，这代表了迄今为止报道的任何硅发射器的最高光谱功率密度。一些可能的改进也进行了讨论，这使得该方案的光互连和其他重要的硅光子学应用的一个非常有前途的光源。
2013-06-24 physics.optics
Silicon-based photonic crystal nanocavity light emitters
我们已经证明了一个单一的光子晶体腔的光致发光从富硅氮化硅薄膜的增强高达7倍。这种增强部分归因于Purcell效应。对于线性三缺陷腔模式，用FDTD计算预测的Purcell因子为32，计算的品质因数为332，模式体积为0.785立方波长。实验测得的腔质量（Q）的因素在200至300的范围内变化，显示出良好的协议与计算。发射峰可以调谐到600至800 nm范围内的任何波长。
2006-09-07 physics.optics
Nonlinear silicon photonics analyzed with the moment method
本文应用矩量法研究了双光子吸收、自由载流子色散和自由载流子吸收情况下的非线性脉冲在硅波导中的传输。得到了脉冲能量、时间位置、脉宽、频移和啁啾的演化方程。我们推导出自由载流子引起的蓝移和加速的解析表达式，并表明它们只依赖于脉冲峰值功率。重要的是，这些影响是独立的时间持续时间。然后数值求解矩方程，以提供快速估计的硅光子波导中的脉冲演化趋势。我们发现，群速度和自由载流子色散主导的脉冲动力学在光子晶体波导。相比之下，双光子和自由载流子吸收占主导地位的硅纳米线的时间动态。据我们所知，这是第一次使用矩量法来提供硅光子学中的多光子和自由载流子效应的简明图像。处理和结论适用于任何半导体波导占主导地位的双光子吸收。
2014-10-02 physics.optics
In-chip microstructures and photonic devices fabricated by nonlinear laser lithography deep inside silicon
硅是微电子和集成光子学的优秀材料，在中红外光学方面具有尚未开发的潜力。尽管第三维的重要性得到了广泛的认可，但目前的光刻方法不允许直接在硅芯片内制造光子器件和功能微元件。即使是相对简单的弯曲几何形状也不能用反应离子蚀刻等技术实现。嵌入式光学元件，如玻璃，电子器件和更好的电子-光子集成缺乏。在这里，我们展示了基于激光的复杂3D结构的制造，使用1微米大小的点和可调节长度的棒状结构作为基本构建块。激光改性的Si具有与未改性部分不同的光学指数，这使得许多光子器件成为可能。可选地，这些部分被化学蚀刻以产生期望的3D形状。我们在地下，也就是说，用于芯片、通孔、MEMS、光伏应用和光子器件的微流体冷却的“芯片内”微结构，其性能匹配或超过相应的最先进的器件性能。
2017-02-28 physics.optics
A highly scalable fully non-blocking silicon photonic switch fabric
大端口数空间光开关将促进未来数据通信系统中灵活和节能的数据移动，特别是如果它们能够纳秒级重新配置时间。在这项工作中，我们展示了一个8x8的基于微环的硅光子交换机与软件控制的交换。所提出的交换机架构是模块化的，因为它组装了多个相同的组件与复用/解复用功能。该开关是完全无阻塞的，具有路径独立的插入损耗，低串扰，并且易于控制。可伸缩性分析表明，这种架构可以扩展到非常大的端口数。这项工作是第一次演示的实时固件控制开关与硅光子器件集成在芯片级。
2015-12-31 physics.optics
A monolithic 56 Gb/s silicon photonic pulse-amplitude modulation transmitter
硅光子学有望解决下一代短距离光互连的挑战。超大规模数据中心和高性能计算中不断增长的带宽需求推动了更快、更高效的硅光子链路的发展。虽然提高串行线路速率具有挑战性，但是可以通过例如增加并行光纤的数量、增加每根光纤的波长数量以及使用多级脉冲幅度调制（PAM）来实现数据速率的进一步缩放。在这些方法中，PAM具有独特的优势，因为它不需要额外的激光器或在现有基础设施内对光纤电缆进行昂贵的大修。在这里，我们展示了第一个完全单片集成的硅光子四级PAM（PAM-4）发射机工作在56 Gb/s，并证明了无差错传输（误码率< 10 $^{-12}$）高达50 Gb/s，没有前向纠错。通过优化硅行波调制器和CMOS驱动器电路的单片集成，实现了出色的PAM-4波形。我们的研究结果表明，单片硅光子学技术是一个有前途的平台，为未来的100%的数据速率光互连。
2016-08-26 physics.optics
A 25 Gb/s Silicon Photonics Platform
硅作为一种廉价且可扩展的材料系统，用于光电子、片上系统的开发，引起了人们的关注。为此，需要一种具有高速工作的光电探测器和调制器的平台，该平台具有优异的跨晶片均匀性。我们展示了一个光学光刻，晶圆级的光子平台，25 Gb/s的操作。我们还演示了在25 Gb/s的1 Vpp的超低驱动电压下的调制。我们展示了有吸引力的跨晶圆均匀性，并提供有关设备的几何形状的详细信息。我们的平台可作为光子穿梭服务的一部分提供给社区。
2012-03-04 physics.optics
Efficient photo-induced second harmonic generation in silicon photonics
硅光子学通常缺乏二阶非线性光学响应，因为典型的组成材料是中心对称的并且缺乏反转对称性，这禁止了二阶非线性过程，例如二次谐波产生（SHG）。在这里，第一次，我们实现了有效的二次谐波在硅基光学微谐振器相结合的一个强大的光致有效的二阶非线性共振增强和完美的相位匹配。我们展示了创纪录的2，500%/W的转换效率，比以前的作品大2到4个数量级。特别是，我们的器件实现了mW级SHG输出功率，功率转换效率> 20%。该演示是在硅光子学中实现高效二阶非线性过程的重大突破，为紧凑型光学频率合成和光学时钟技术的克尔频率梳集成自参考铺平了道路。
2020-03-26 physics.optics
Photonic hyperuniform networks by silicon double inversion of polymer templates
超均匀无序网络属于一类特殊的结构材料，预测具有相对适中的折射率对比度的部分和完全光子带隙。然而，这种光子设计材料的实际实现是具有挑战性的，因为它需要控制光学长度尺度上的多步制造过程。在这里，我们报告的直接激光写入超均匀的聚合物模板，然后由硅双反转程序，导致高品质的网络结构的多晶硅。我们观察到一个明显的差距，在短波红外中心的波长为$λ_{\text{Gap}}\simeq $ 2.5 $μ$ m，在几乎定量的协议与数值模拟。在实验中，种子图案的典型结构长度尺度可以在2 $μ$ m和1.54 $μ$ m之间变化，导致间隙的蓝移，伴随着硅体积填充分数的增加。
2016-08-29 physics.optics
Broadband Photo- and Electroluminescence from Bulk Silicon via Strong Photonic Confinement
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
研究通过光子限制机制在硅体中实现宽波段光电发光，揭示了光子限制尺寸对辐射跃迁激活的作用，展示了可见到近红外范围的发光特性。
2026-04-24 physics.optics
CMOS compatible athermal silicon microring resonators
硅光子学有望缓解现代计算系统的带宽瓶颈。但是硅光子器件的基本问题是由于硅的高热光（TO）系数而对环境温度波动高度敏感。迄今为止提出的克服这个问题的大多数方法要么需要显著的功耗，要么采用不兼容CMOS的材料。在这里，我们展示了一类新的光学器件，这是被动的温度补偿的基础上定制的硅波导中的光模式限制。我们展示了硅光子谐振器在大于80度的非常宽的温度范围内的操作。这项工作背后的基本原理可以扩展到其他光子结构，如调制器，路由器，交换机和滤波器。
2009-12-04 physics.optics
Energy-efficient tunable silicon photonic micro-resonator with graphene transparent nano-heaters
热调谐硅微腔是低成本大规模光子集成电路（PIC）中的通用且有益的元件。传统的用于硅微腔热调谐的金属加热器通常需要较厚的SiO2上包层，这会带来响应速度慢、加热效率低、可达到的温度低以及制造工艺复杂等缺点。在本文中，我们提出并实验证明热调谐硅微盘谐振器通过引入石墨烯透明纳米加热器，直接接触硅芯没有任何隔离层。这使得石墨烯透明纳米加热器可能在加热效率、时间响应和可实现的温度方面具有优异的性能。同时，石墨烯的单原子厚度和良好的柔性使得石墨烯纳米加热器可以方便地应用于超小型光子集成器件中。实验和模拟都表明，本发明的石墨烯透明纳米加热器有希望用于热调谐纳米光子集成器件，例如光学调制、光学滤波/切换等。
2015-06-22 physics.optics
Surface Encapsulation for Low-Loss Silicon Photonics
探索封装层用于钝化硅表面以减少1500 nm波长带中的光吸收。表面敏感的测试结构组成的微盘谐振器的制造用于此目的。基于先前在硅光致发光中的工作，在不同的沉积和退火条件下施加SiNx和SiO2的涂层。一个短的干热氧化，然后由一个长的高温N2退火被认为是最有效的长期封装和减少界面吸收。光学损耗的最小化归因于亚带隙硅表面态和封盖材料中的氢的同时减少。
2007-07-03 physics.optics
Observation of femto-joule optical bistability involving Fano resonances in high-Q/Vm silicon photonic crystal nanocavities
我们在实验上观察到通过Fano干涉增强的高Q局域硅光子晶体共振（Q ~ 30，000和模体积~ 0.98立方波长）的光学双稳态。这种现象通过非线性耦合模形式主义进行分析，包括chi（3）效应的相互作用，如双光子吸收和相关的自由载流子动力学，光学克尔以及热效应和线性损耗。我们的实验和理论结果表明，第一次Fano谐振为基础的开关阈值为185微瓦和4.5 fJ的内部存储腔能量（~ 540 fJ消耗的能量）在硅的可扩展的光缓冲和逻辑的双稳态。
2007-06-15 physics.optics
Silicon Photonic CWDM Filter with Compact Footprint, Low Loss, Flat-Top Transmission and High Yield
imec；Ghent University-imec（根特大学-imec）
提出并实验验证了一种新型硅光子CWDM滤波器，实现了晶圆上所有芯片的平顶传输，具有小尺寸、低插入损耗和窄通道波长偏差。
2026-05-24 physics.optics
Optimized 3D simulation method for modeling of out-of-plane radiation in silicon photonic integrated circuits
基于二维严格（时域有限差分）光栅模拟、有效折射率法（EIM）和瑞利-索末菲衍射公式，提出了一种精确快速的面外光栅耦合器三维模拟方法。与全三维FDTD模拟相比，电场的均方根差异小于5%，功率通量的差异小于3%。作为实例，设计了一种用于从绝缘体上硅光子集成电路耦合到位于电路上方0.1mm处的光纤的光栅耦合器。
2015-04-12 physics.optics
Ridge Resonance: A new Resonance Phenomenon for Silicon Photonics Harnessing Bound States in the Continuum
我们提出了一种新的共振行为的基础上的束缚态在连续的导波硅平台。连续体具有准直光束的形式，其被垂直限制在硅板的TE模式中。束缚态是硅板上脊的离散TM模式。板模和脊模之间的耦合导致在它们相位匹配的波长处的单个尖锐谐振。我们实验证明了这种现象的硅光子芯片使用铸造兼容参数和接口芯片上的标准单模硅纳米线波导。该芯片在1550 nm附近具有单一的锐共振，线宽为几nm，消光比为25 dB，热稳定性为19.5 pm/C。我们认为，这是第一次演示的束缚态的连续共振实现导波组件。
2019-10-29 physics.optics
Deuterated silicon nitride photonic devices for broadband optical frequency comb generation
我们报告和表征低温，等离子体沉积的氘氮化硅薄膜的非线性集成光子学。峰值处理温度低于300 $^\circ$ C，可与预处理CMOS基板后端兼容。我们实现了微谐振器的品质因数高达$1.6\times 10^6 $在1552 nm，和$>1.2\times 10^6$在整个$λ$ = 1510 - 1600 nm，没有退火或应力管理。然后，我们证明了该平台在非线性光子学中的直接效用，通过产生1太赫兹自由光谱范围，900 nm带宽调制不稳定微谐振器克尔梳和倍频程跨越，超连续加宽光谱。
2018-02-03 physics.optics
Direct Observation of Topological Edge States in Silicon Photonic Crystals: Spin, Dispersion, and Chiral Routing
光子学中的拓扑保护为引导和操纵经典和量子信息提供了新的前景。自旋-轨道耦合机制预示着螺旋边缘态的出现;表现出单向传播，在拓扑上受到反向散射的保护。我们直接观察到的拓扑状态的光子模拟的电子材料表现出量子自旋霍尔效应，生活在两个硅光子晶体之间的界面具有不同的拓扑顺序。我们通过态的存在所固有的远场辐射来表征它们的性质，包括线性色散和低损耗。重要的是，我们发现，边缘状态的赝自旋编码在独特的圆形远场偏振和单向传播，从而揭示了潜在的光子自旋轨道耦合的签名。我们使用这种连接来选择性地激发不同的边缘状态与偏振光，并直接可视化他们的路由沿尖锐的手征波导结。
2018-11-26 physics.optics
Millimeter-scale and large-angle self-collimation in a photonic crystal composed of silicon nanorods
报道了在纳米棒构成的光子晶体中观察到的大角度自准直现象。从覆盖宽范围入射角的方向入射到这种光子晶体上的电磁波沿着单个棒阵列变得高度局部化，这导致没有发散的窄光束传播。在1540 nm至1570 nm的波长范围内实验观察到0.4 mm的传播长度，即使在大入射角的情况下也是如此，这对于片上光学互连来说是非常可观的长度尺度。
2013-04-24 physics.optics
Hybrid graphene/silicon integrated optical isolators with photonic spin-orbit interaction
光隔离器是光子计算和通信中的重要组成部分。在传统光学中，隔离器是用磁光石榴石实现的。然而，由于材料生长的困难和庞大的器件占地面积，将这些材料结合在集成平台上仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个超紧凑的集成隔离器，利用石墨烯的磁光性能的绝缘体上硅平台。光子非互易性的实现是因为石墨烯中经历不同光学自旋的回旋加速器对反向传播光表现出不同的响应。利用腔谐振效应，我们数值优化了器件的设计，它表现出良好的隔离性能，消光比超过45 dB，插入损耗约12 dB，在1.55 μ m附近的波长。具有石墨烯的CMOS兼容性和大幅减少的设备足迹，我们的建议揭示了非互易光子器件的单片集成。
2016-03-21 physics.optics
