Dynamics and instabilities of Lasing Light Bullets in Passively Mode-Locked Semiconductor Lasers
最近，理论上预测了在耦合到远距离可饱和吸收体的激光输出中存在鲁棒的三维光子弹（LB）。在这篇文章中，我们分析了这些耗散局域结构的稳定性和存在范围，并提供了指导方针和现实的参数设置，为他们的实验观察。为了减少分析的复杂性，我们首先近似的三维问题的减少方程的动力学的横向配置文件。这一有效的理论为LB膜的形成机理提供了一个直观的图像。此外，它使我们能够进行详细的多参数分岔研究，并确定不同的机制不稳定。结果表明，LB主要经历均匀振荡或对称破缺的横波辐射。此外，我们的分析揭示了几个非直观的缩放行为的线宽增强因子和饱和参数的函数。我们的结果证实了直接数值模拟的整个系统。
2017-06-02 nlin.PS physics.optics
Floquet phonon lasing in multimode optomechanical systems
腔光学机械系统中的动态辐射压力效应引起自持振荡或“声子激射”行为，在纳米级器件中产生高达GHz频率的稳定振荡器。与光子激光器一样，声子激光通常以单一机械模式发生。我们在这里表明，锁相，多模声子激光可以建立在多模光学机械系统通过Floquet动态诱导的时间调制的激光驱动器。我们证明了这一概念，在一个适当的工程硅光子纳米腔耦合到多个GHz频率的机械模式。我们发现，长期的频率稳定度显着改善多模激射状态作为锁相的结果。这些结果提供了一个路径走向高度稳定的超紧凑型振荡器，脉冲声子激光，相干波形合成，并出现在振荡器阵列中的多模现象。
2021-01-26 physics.optics
Mode-Locked Topological Insulator Laser Utilizing Synthetic Dimensions
我们提出了一个系统，利用拓扑光子学和合成尺寸的基本特征，迫使许多半导体激光器谐振器同步，相互锁定，并在适当的调制下发出一个训练的变换限制锁模脉冲。这些激光器利用Floquet拓扑边缘状态在一个一维阵列的环形谐振腔，这对应于一个二维拓扑系统的一个空间维度和一个合成频率维度。结果表明，多元激光系统的激射态具有明显的空间拓扑边态特征，同时表现出拓扑保护输运。拓扑合成空间边缘模式在边缘上的多频模式之间施加恒定相位差，并且与各个元件的调制一起迫使谐振器的集合锁模并发射短脉冲，对多谐振器系统中的无序是鲁棒的。我们的研究结果提供了一个概念验证机制，以主动模式锁定的激光二极管阵列的许多激光元件，这是非常困难的，否则由于存在许多空间模式的阵列。本文提出的拓扑合成空间概念为克服这一重大技术挑战提供了一条途径，并为激光物理学开辟了新的机会。
2021-04-08 physics.optics
Random lasing in weakly scattering systems
我们对弱散射系统中的随机激光进行了详细的实验和数值研究。散射光的干涉在无源系统中很弱，但在高增益的存在下大大增强，为激光发射提供相干和谐振反馈。激光模式被限制在泵浦体积附近，在增益体积小于散射平均自由程的弹道区，激光振荡沿增益体积最大扩展的方向发生，产生定向激光输出。激光的反馈主要来源于泵浦区边界附近粒子的后向散射。它导致激光模式的频率间隔几乎恒定，这与增益体积的最大尺寸成反比。
2006-10-15 physics.optics
Lasing from a circular Bragg nanocavity with an ultra-small modal volume
我们演示了单模激光在电信波长从一个圆形纳米腔采用径向布拉格反射器。在InGaAsP量子阱有源膜激光器中观察到了极小的模体积和亚毫瓦泵浦阈值。电磁场被示出为被紧密地限制在腔的300nm中心柱内。谐振器模态场的品质因数估计为几千的量级。
2005-05-13 physics.optics
Revealing the behavior of soliton build-up in a mode-locked laser
实时光谱学基于一种新兴的时间拉伸技术，可以将光波的光谱信息映射到时域，从而开启了对锁模激光器中非线性动力学的一些有趣的探索。然而，锁模激光器的自启动过程对环境扰动非常敏感，这使得激光器的瞬态行为偏离了孤子的真实建立过程。在这里，我们优化的激光系统，以提高其稳定性，抑制调Q激光引起的环境扰动。因此，我们证明了在锁模激光器中的孤子的整个建立过程的第一个观察，揭示了两种可能的方式来产生的时间孤子。其中一种方法包括弛豫振荡上升、准锁模阶段、频谱拍频行为，最后是稳定的单孤子锁模。另一种方式包含，然而，一个额外的瞬态束缚态阶段之前，最后的单脉冲锁模操作。
2018-08-22 physics.optics
Development prospects and stability limits of the mid-IR Kerr-lens mode-locked lasers
对掺Cr的ZnTe、ZnSe、ZnS有源介质的克尔透镜锁模能力和超短脉冲特性进行了数值分析。这些材料的优势，飞秒激光在2 - 3 $μ$ m的光谱范围内的表现。
2003-05-29 physics.comp-ph physics.optics
Spin-polarized lasing in a highly photoexcited semiconductor microcavity
我们展示了室温自旋极化超快（$\sim$ 10 ps）激光在一个高度光激发GaAs微腔。这种微腔中嵌入了InGaAs多量子阱，其中自旋弛豫时间小于10 ps。即使在非共振椭圆偏振光激发下，激光辐射仍保持高度圆偏振。激光能量不锁定裸腔共振，并作为光激发密度的函数移动$\sim$ 10 meV。这种自旋极化激光是由相关电子-空穴对的自旋相关受激过程引起的。这些对在耦合到腔光场的高密度电子-空穴等离子体中的费米边缘附近形成。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Universality class of the mode-locked glassy random laser
本文通过GPU并行蒙特卡洛模拟和有限尺寸标度分析，证明锁模玻璃态随机激光器属于一种不同于随机能量模型及窄带近似全连接模型的平均场普适类，并发现低温激光相中存在副本对称性破缺。
2023-02-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.optics
Raman lasing in a hollow, bottle-like microresonator
我们报道了一种由微毛细管制成的具有高品质因数的瓶状微谐振器，并在$1.55~\mathrm{μm}$和$780~\mathrm{nm}$的泵浦波长下实现了拉曼激光。研究了喇曼激光阈值与模体积的关系。计算了基本瓶模的模体积，并与微球的模体积进行了比较。在$780~\mathrm{nm}$泵浦下观察到三阶级联拉曼激光。原则上，在中空瓶状微谐振器中的拉曼激光可用于传感应用。作为一个例子，我们简要地讨论了高动态范围，高分辨率的空气静压压力传感器的可能性。
2015-08-10 physics.optics
Mid-infrared ultra-short mode-locked fiber laser utilizing topological insulator Bi2Te3 nano-sheets as the saturable absorber
新型二维拓扑绝缘体（TI）具有良好的热管理、高非线性折射率和超快弛豫时间等独特的电学和光学性质。它们窄的能带隙预示着它们的光吸收能力进一步进入中红外区域，并且它们可能是从可见光到中红外区域的非常宽带的光调制器。提出了一种以TI Bi_2Te_3纳米片为可饱和吸收体的中红外锁模氟化物光纤激光器。通过增加抽运功率，依次观察到激光器的连续激射、调Q和连续锁模（CW-ML）运转。所观测到的CW-ML脉冲训练具有10.4 MHz的脉冲重复率，约6 ps的脉冲宽度，和2830 nm的中心波长。最大可获得的脉冲能量为8.6 nJ，平均功率高达90 mW。这一工作有力地证明了二维TI在超短激光运转和中红外非线性光学中的应用前景。
2015-05-23 physics.optics
Excess noise factor in non-Hermitian mode-locked lasers
我们预测和观察到的外观，由于非厄米性的两个主动谐波锁模激光器的模式的多余的噪声因子。这些激光器的环形腔中增益和损耗的非均匀分布导致纵向模式的非正交性，这是导致落在激光脉冲模式中的自发发射速率增加的原因。这导致由这些激光器产生的脉冲训练的相位噪声在某些偏移频率处增加超过20 dB。这种退化对于将这些激光器用于诸如产生高光谱纯度RF和低抖动时钟信号的若干应用而言可能是禁止的。
2018-12-10 physics.ins-det physics.optics
Transition from inhomogeneous to homogeneous broadening at a lasing prethreshold
本文研究非均匀展宽激光器在临界泵浦速率附近的谱形转变，揭示特殊锁定模式先于激光形成并使光谱由高斯型转为洛伦兹型，同时给出阈值与产生频率表达式。
2023-12-06 physics.optics quant-ph
Lasing modes in ZnO nanowires coupled to planar metals
半导体纳米线激光器可以经受由其环境的变化引起的其激光阈值的修改。一个有前途的选择是使用金属衬底来获得低体积表面等离子体激元（SPP）模式。我们介绍了一个简单的，但定量精确的模型，可以用来描述金属衬底上的纳米线激光器的模式竞争。我们发现，铝基板可以降低激光阈值的ZnO纳米线激光器，而银基板，阈值增加相比，电介质基板。从这些发现中概括，我们预测描述平面金属和半导体纳米线之间的相互作用，这允许指导未来的高度集成的激光源的改进。
2022-11-08 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
Photonic topological valley-locked waveguides
拓扑谷扭结态已经成为一个重要的研究前沿，具有相当有趣的应用，如强大的片上通信和拓扑激光器。与大多数传统波导中具有可调宽度的导模不同，谷扭结态通常高度限制在畴壁周围，因此缺乏模宽自由度（DOF），对潜在的器件应用造成严重限制。通过在两个谷值相反的光子晶体之间添加一个具有狄拉克点的光子晶体（PhC），我们设计并实验验证了具有可调模宽的拓扑谷锁定波导（TVLWs）.的photoinc TVLWs可以找到独特的应用，如高能量容量的拓扑通道交叉点，谷锁定的能量集中器，和拓扑腔与可设计的限制，数值和实验验证。具有宽自由度的TVLW有利于与现有的光子波导和器件进行接口，并为拓扑激光、场增强、片上通信和大容量能量传输的实际应用提供了一个新的平台。
2020-10-06 physics.app-ph physics.optics
Translationally deformed topological charge nanolaser with an ultrasmall mode volume
School of Microelectronics, South China University of Technology（华南理工大学微电子学院）
本研究提出了一种具有超小模式体积的翻译变形拓扑电荷纳腔，实验实现了低阈值激光发射，为拓扑光子集成和结构光-物质相互作用探索提供了新途径。
2026-02-14 physics.optics
Near-IR Subwavelength Microdisk Lasers
本文报道了亚波长GaAs介质在光抽运下的单模激射。该磁盘是由标准的光刻和两个步骤的湿化学蚀刻。这种简单的制备方法可以制备出圆度好、边界光滑、侧壁垂直的亚微米圆片。最小的激光盘直径为627 nm，厚度为265 nm。圆盘直径与真空激射波长的比值约为0.7。数值模拟结果表明，激光模式为回音壁模式，其方位角数仅为4，模式体积很小。
2008-10-15 physics.optics
Voltage-controlled beam steering in liquid-crystal-integrated dual-mode plasmonic nanolaser
Department of Electrical and Electronic Engineering, Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学电气与电子工程系）
本文提出了一种集成电压控制液晶层的双模等离子体纳米激光器，实现了电压调控的光束转向，适用于光互连和多路复用通信。
2026-01-05 physics.optics
Tunable two-dimensional laser arrays with zero-phase locking
利用高阶拓扑绝缘体（HOTI）物理学和所谓的非厄米趋肤效应（NHSE）的相互作用，二维（2D）激光器阵列可以大规模实现。高阶拓扑结构允许放大，因此激光的单模保护的带隙，而NHSE，众所周知，在非厄米系统中的偏置方向积累人口，被引入竞争的角落模式的拓扑本地化。通过适当地调整系统参数和仅在一个位置处泵浦，出现了跨越两个维度的单个拓扑保护激光模式，其功率通过调节泵浦强度而广泛地可调。计算研究清楚地表明，这样设计的激光模式是稳定的，并且最近的激光位点之间的相位差被锁定在零，即使在考虑了无序之后。形成2D拓扑激光器阵列的激光模式的总功率与容纳HOTI相的2D晶格的面积成比例。在现有实验的基础上，我们进一步提出利用耦合光学环形腔作为实现大规模二维激光器阵列的平台。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cavity Q, mode volume, and lasing threshold in small diameter AlGaAs microdisks with embedded quantum dots
研究了嵌入量子点的微盘腔的品质因数、模体积和室温激光阈值。微盘内驻波模式的有限元方法模拟显示，Veff可以小到2（λ/n）^3，同时保持辐射限制的Qs超过10^5。直径D=2微米的微盘在含有单层InAs QD的AlGaAs材料中制造，其峰值发射在λ = 1317 nm处。对于Veff ~2（λ/n）^3的器件，使用光纤锥形波导在1.4微米波段被动测量的Qs高达1.2 × 10^5。光泵浦产生1.3微米波段的激光发射，室温下，连续波阈值低至1微瓦的吸收泵浦功率。输出耦合的激光发射也被证明是通过使用光纤锥显着增强，与激光差分效率高达xi~16%和输出耦合效率超过28%。
2005-11-17 physics.optics quant-ph
Electro-optically tunable single-frequency lasing from neodymium-doped lithium niobate microresonators
可调谐光源是许多应用的关键使能技术，例如测距、光谱学、光学相干断层扫描、数字成像和干涉测量。对于小型化激光设备，回音壁谐振腔激光器是非常适合的平台，提供低阈值和小线宽，然而，许多实现都缺乏可靠的调谐。稀土离子掺杂的锂离子电池为解决这一问题提供了一条途径。在这里，我们提出了一个单频激光器的基础上，掺钕的锂钛酸盐回音壁模式谐振器，通过线性电光效应调谐。使用一个特殊的几何形状，我们抑制高阶横模，从而确保单模操作。在外加电压仅为$68\,$ V的情况下，我们实现了$3.5\,$ GHz的调谐范围。激光频率也可以用三角形控制信号调制。自由运行的系统在30分钟的时间段内分别提供优于$Δν=20\,$ MHz和6%的频率和功率稳定性。该概念适用于与现有的基于锂离子电池的光子平台的完全集成。
2022-05-06 physics.optics
Mode-locking induced by coherent driving in fiber lasers
在锁模激光器中产生稳定的短光脉冲对于许多应用来说是非常重要的。锁模是一个广泛的概念，它包括能够形成短脉冲的不同过程。它通常需要一个腔内机制，区分单模和集体模式激光，这可能是复杂的，有时会增加噪声。此外，已知的锁模方案不能保证载波的相稳定性。在这里，我们从理论上提出，注入失谐信号无缝导致锁模光纤激光器。我们发现，锁相脉冲，类似于腔孤子，存在于一个广泛的参数范围。在该状态下，由于非瞬时增益饱和，激光器表现为无源谐振腔。
2022-01-25 nlin.PS physics.optics
Design optimization of passively mode-locked semiconductor lasers with intracavity grating spectral filters
我们考虑采用腔内光栅光谱滤波器的被动锁模两段式半导体激光器的设计优化。我们的目标是开发一种方法，找到最佳的波长位置的过滤器，以最大限度地提高该地区的稳定锁模作为一个功能的驱动电流和反向偏置的吸收部分。为了解释激光器两个部分中的材料色散，我们使用增益和吸收作为载流子密度和频率的函数的解析近似。拟合测量的增益和吸收曲线，然后提供输入的基础上的锁模激光器的大信号精确延迟微分模型的数值模拟。我们展示了如何为每个值的驱动电流和反向偏置电压的一组独特的模型参数可以选择的基础上的净增益沿分支的模型的稳态解的变化。我们证明了这种方法的有效性，通过展示数值模拟和测量的两部分法布里-珀罗激光器的电流-电压相空间之间的定性协议。然后，我们展示了如何适应这种方法，以确定一个最佳位置的光谱滤波器在一个名义上的设备具有相同的材料成分，基于目标锁定范围，并占模式的选择性的过滤器。
2014-05-29 physics.optics
Surface-Plasmon-Polariton Laser based on an Open-Cavity Fabry-Perot Resonator
近年来，人们对小尺寸激光器的开发越来越感兴趣，这些激光器在小体积传感和片上光通信中具有潜在的应用。表面等离子体激元是一种被限制在金属-电介质界面上的电磁模式，它提供了一种有效的途径，当与增益介质接触时被共振放大时，可以实现纳米尺度的激光发射。在这里，我们实现了可见光频率超窄线宽激光在室温下利用表面等离子体在一个开放的法布里-珀罗腔中传播形成的平坦的金属表面涂有亚波长厚层的光泵浦增益介质和正交约束的一对平坦的金属侧壁。低微扰传输配置采样的激光等离子体激元模式是通过一个渐逝耦合凹进的纳米缝，开辟了道路，高品质因数的折射率与开放腔相互作用的分析物的传感。
2016-10-12 physics.optics
Detection of Nanoparticles with a Frequency Locked Whispering Gallery Mode Microresonator
我们检测39 nm × 10 nm的金纳米棒，使用通过庞德-德雷弗-霍尔方法稳定的微环。实时检测实现了高达12.2的信噪比。这些纳米颗粒的体积比迄今为止使用WGM传感检测到的任何其他纳米颗粒小三倍。我们通过反复的实验表明，测量是可靠的，并验证了使用电子显微镜的微环表面上的单个纳米棒的存在。在我们目前的噪声水平下，这些纳米棒的等离子体增强可以检测半径小至a = 2 nm的蛋白质。
2013-03-06 physics.optics
Low-threshold vortex lasing in three-dimensional cavities via flatband bound states in the continuum
Nanjing University（南京大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
该研究基于PC-GL-DBR异质结构，利用连续谱中的平带束缚态实现低阈值电泵浦矢量涡旋激光，为集成结构光源与拓扑光子学提供了可行方案。
2026-09-03 physics.optics
Characterization of timing jitter spectra in free-running mode-locked lasers with 340 dB dynamic range over 10 decades of Fourier frequency
我们证明了一种方法，使准确的定时抖动谱密度特性的自由运行的锁模激光振荡器超过10十年的傅立叶频率从兆赫到几十兆赫的范围。该方法是基于分析的输入电压噪声从激光器和输出电压噪声从平衡的光学互相关器（BOC），当两个锁模激光器的重复频率同步的BOC。作为演示实验，测量了动态范围大于340 dB的自由运转锁模铒光纤激光器在1 mHz ~ 38.5MHz（奈奎斯特频率）傅里叶频率范围内的定时抖动谱。所演示的方法可以解决不同的噪声机制，导致特定的抖动特性在自由运行的锁模激光振荡器的时间尺度从1000秒的巨大范围<100-ns to >。
2014-11-30 physics.ins-det physics.optics
Lasing in dark and bright modes of a finite-sized plasmonic lattice
纳米尺度的激光有望实现强的光-物质相互作用和超快运行。由金属纳米颗粒支持的等离子体共振具有极小的模体积和高场增强，使其成为研究纳米激光的理想平台。然而，在可见光频率下，由于强欧姆和辐射损耗，等离子体共振的适用性受到限制。有趣的是，等离子体纳米粒子阵列支持非辐射暗模式，提供更长的寿命，但远场辐射无法到达。在这里，我们显示激光在黑暗和光明模式的银纳米粒子阵列结合光泵染料分子。在可见光波长和室温下观察到0.2纳米的线宽。基于阵列的有限尺寸，通过相干外耦合机制提供对暗模式的访问。这些结果为利用等离子体晶格的所有模式，以及高Q模式，研究强光-物质相互作用，凝聚和光子流体开辟了一条途径。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Polariton Lasing in Micropillars With One Micrometer Diameter and Position-Dependent Spectroscopy of Polaritonic Molecules
微腔极化激元是玻色子光物质粒子，可以通过玻色子散射发射相干辐射，而不需要电子布居数反转。这种现象，称为极化激元激光，强烈依赖于极化激元的限制。缩小极化激元的模体积增加了由它们的激子部分介导的相互作用，从而增强了极化激元向更高能量的密度依赖性蓝移。以前，已经在直径大于3微米的微柱、基于光栅的腔、光纤腔和光子晶体腔中证明了极化激元激光。在这里，我们显示了偏振激元激光在一个单一的横模，可以最佳地耦合到单模光纤的微柱直径为一微米。我们几何解耦的激励与一个角度的集合。从收集到的光子数，我们计算出极化激元的数量，并观察到足够大的蓝移，以使我们的设备有资格用于量子光产生的新方案，如非常规光子封锁。为此，我们还对极化子分子施加角度激发，并显示出具有各种对称性的位点选择性激发和模式收集。
2021-02-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetic on-off switching of a plasmonic laser
表面等离子体激元的纳米模体积已经使等离子体激元激光器和凝聚体具有超快操作。大多数等离子体激光器基于贵金属，使光学模式结构对外部场呈惰性。在这里，我们展示了主动磁场控制激光在Co/Pt多层纳米点的周期性阵列浸没在IR-140染料溶液。我们利用纳米粒子的磁性结合模式剪裁来控制激光作用。在圆极化激发下，角分辨光致发光测量揭示了纳米点磁化反转时激光作用和非激光发射之间的转变。我们的研究结果引入磁化作为外部控制等离子体纳米激光器的一种手段，与通过激励、增益介质或衬底的调制互补。此外，结果显示了如何在激光机制中观察到磁化对固有微弱的光的影响，激发了拓扑光子学的研究。
2021-08-30 physics.app-ph 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
Analysis of the phase-locking dynamics of a III-V-on-silicon frequency comb laser
我们提出了一个电信混合III-V-硅上的被动锁模激光器与环形腔的相位动力学的详细表征。我们探讨了增益电流和饱和吸收体偏置电压的函数的操作的各种制度。我们使用步进外差测量来量化光谱啁啾和重建脉冲包络。有了这种技术，我们能够识别制度的近变换限制的操作，我们评估的梳状相位关系时，可饱和吸收体偏置电压的变化锁模的退化。最后，我们提出了一个初步的研究，在混合锁模操作的相位锁定和展示变换限制脉冲。
2020-10-20 physics.optics
Ultra-compact topological photonic crystal rainbow nanolasers operating in the 1550 nm telecom band with wavelength-scale mode volumes
本文实验报道了在1550 nm通信波段工作的超紧凑拓扑光子晶体彩虹纳米激光器，通过一维和二维结构实现了波长级模式体积、宽温域稳健激射及多波长连续调谐，为超紧凑光子芯片提供了稳健的纳米级多波长可调谐光源。
2024-11-17 physics.optics
Enhanced optical nonlinearities in epitaxial quantum dots lasers on silicon for future photonic integrated systems
四波混频（FWM）是一种重要的非线性光学现象，自激光器发明以来，它一直是许多发现和器件应用的基础。例子包括参量放大、锁模脉冲和频率梳，以及在量子光学领域中，纠缠光子产生、压缩态产生和从可见光到红外波长的光学转换。对于量子点系统，传统的研究方法主要集中在用光放大器测量四波混频系数，这限制了对四波混频的基本认识。本文通过激光实验解决了这一弱点，以解释所有对四波混频信号有贡献的光学非线性。同时，我们获得了宝贵的洞察光学非线性之间错综复杂的相互作用。利用直接生长在硅上的量子点激光器，我们实现了四波混频转换效率足以证明自锁模在一个单一的部分激光二极管，与亚ps锁模脉冲宽度和kHz频率梳线宽。与基于第一性原理的多模激光理论的比较表明，测量的四波混频转换效率接近理论极限。与早期研究相比，最先进的量子点激光器的质量和可重复性是一个优势，对结果的信心至关重要。它们使得在广泛的参数空间内详细研究转换效率以及识别p掺杂的重要性成为可能。基于我们对底层物理的理解的系统改进将导致变换有限的性能和有效的补偿本征和非本征效应，如线宽增强和背景色散。四波混频与激光的集成影响了电信和通信领域中大量的光电子器件。
2021-06-21 physics.optics
Sub-femtosecond synchronization of microwave oscillators with mode-locked Er-fiber lasers
我们同步8.06 GHz的微波信号从压控振荡器与光脉冲训练从77.5 MHz的锁模铒光纤激光器使用基于光纤的光学微波相位检测器。光脉冲训练和同步微波信号之间的残余相位噪声在1 Hz（5 kHz）偏移频率处为-133 dBc/Hz（-154 dBc/Hz），这导致838作为积分均方根定时抖动[1 Hz - 1 MHz]。在2小时内测得的长期残余相位漂移为847 as（rms），在1800 s平均时间处达到4 \times 10^{-19}分数频率不稳定性。这种方法有可能提供亚fs级的短期相位噪声和长期相稳定性的微波提取锁模光纤激光器。
2012-06-06 physics.ins-det physics.optics
A Self-Consistent Quantum Field Theory for Random Lasing
强散射无序随机介质中相干随机激光模式的空间形成是理解随机激光物理的一个中心特征。本文导出了一种计算复杂放大Mie谐振腔无序样品中随机激射的量子场论方法，该方法能够自洽地提供激光相变处及以上的输运特性的完整集合，且不需要任何拟合参数。相干长度和关联体积分别作为实验测量尺度的相变在激光阈值。我们发现，当扩散系数有限时，有源Mie谐振腔的扩展无序排列中的受激发射过程最终与光子输运意义下的时间反演对称多重散射有关.发现稳态随机激光模直径随抽运强度的增加呈幂律变化。
2019-06-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Topological photonic crystal nanocavity laser
拓扑边缘态存在于两种拓扑不同的材料之间的界面处。这种模式的存在和数量是确定性地预测从批量带拓扑结构，称为批量边缘对应。这一原理对于可预测地控制由光子晶体（PhCs）制成的谐振器中的光学模式非常有用，导致了最近的微尺度拓扑激光器的演示。与此同时，纳米尺度的零维拓扑陷阱态仍然没有被探索，尽管它对于增强光-物质相互作用和包括单模纳米激光器在内的广泛应用非常重要。在这里，我们报告了一个拓扑的PhC纳米腔与近衍射极限的模式体积和它的应用单模激光。在两个拓扑不同的光子晶体之间的界面处形成的纳米腔的拓扑起源保证了其光子带隙内仅存在一种模式。所观察到的激光伴随着高的自发发射耦合因子来自纳米级的限制。这些结果包含了一种大大缩小拓扑光子学的方法。
2018-06-26 physics.optics
Size Scaling Law for Radiation Losses of Modes in Photonic Crystal Surface Emitting Devices
College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology（国防科技大学前沿交叉学院）；Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology（国防科技大学南湖激光实验室）；Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology（国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室）；Qingdao Innovation and Development Center, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学青岛创新发展基地）
本文通过理论分析揭示了光子晶体表面发射激光器中总腔损耗与器件尺寸的标度关系，即表面辐射损耗与L^{-2}成正比，边缘辐射损耗与L^{-3}成正比，为优化器件光学性能提供了设计准则。
2026-05-25 physics.optics
Ultralow Phase Noise Microwave Generation From Mode-Locked Er-Fiber Lasers With Subfemtosecond Integrated Timing Jitter
我们展示了超低相位噪声10 GHz微波信号的产生从自由运行的锁模铒光纤激光器与-142和-157 dBc/Hz的单边带绝对相位噪声在10和100 kHz的偏移频率，分别。在1 kHz至5 GHz（奈奎斯特频率）偏移频率范围内积分时，绝对RMS时序抖动为1.5 fs。在微波发生器通常使用的10 kHz至10 MHz积分带宽中，RMS积分抖动为0.49 fs。Er光纤激光器在接近零色散的展宽脉冲状态下工作，以最小化提取微波的相位噪声。为了抑制光电转换过程中多余的相位噪声，采用基于光纤Sagnac环的光-微波相位检测器将低噪声压控振荡器与光纤激光器同步。
2013-11-04 physics.ins-det physics.optics
Twisted light from topological chiral exceptional points in a nanolaser array
Laboratoire des technologies de la microelectronique, CNRS（微电子技术研究实验室，法国国家科学研究中心）；Department of Electrical and Computer Engineering, Saint Louis University（电气与计算机工程系，圣路易斯大学）；Department of Engineering Science and Physics, College of Staten Island, CUNY（工程科学与物理系，史泰登岛学院，纽约市立大学）；The Graduate Center, CUNY（研究生中心，纽约市立大学）
利用拓扑手性例外点在纳米激光阵列中产生具有非零轨道角动量的远场发射。
2025-12-10 physics.optics
Intrinsically single-mode cavities: towards PT-symmetric surface-emitting lasers
我们探索一类新的分布反馈（DFB）结构，该结构采用光学中最近发展的宇称时间（PT）对称性概念。我们证明，基于PT对称的纯反射体光栅，垂直腔面发射激光器可以构建。我们提供了一个详细的分析的阈值条件，以及使用Kogelnik耦合波近似的波长和角光谱特性，支持亥姆霍兹方程的精确解。我们证明，这样的PT对称腔可以配置为支持一个且只有一个纵模，从而导致固有的单模激射。
2015-10-28 physics.optics
Optomechanics with one-dimensional gallium phosphide photonic crystal cavities
磷化镓具有高折射率（$n>3$适用于4 μm以下的真空波长）和宽电子带隙（2.26 eV）的优点，可实现在通信波长下具有小模体积和低双光子吸收的光学腔。因此，由于强烈限制的光场而产生的加热大大减少。在这里，我们调查的好处，这些性质的空腔光学力学。利用最近发展起来的基于直接键合的制作方案，我们实现了由磷化镓制成的集成一维光子晶体腔，其光学品质因数高达$1.1\times10^5$。我们优化了他们的设计，通过辐射压力耦合在$\approx 200$太赫兹的光学本征模的共定位机械模式的频率为3 GHz，产生边带分辨设备。高真空光机耦合率（$g_0=2π\times 400$ kHz）允许机械模式放大到所谓的机械激光区，输入功率低至$\approx 20$ μW。机械激光的观测暗示了$C>1$的多光子协同性，这是实现量子态传输协议的重要阈值。由于减少的热光共振位移，除了通常观察到的光机械诱导吸收之外，还可以在室温下检测到光机械诱导的透明度。
2018-12-03 physics.optics
High-energy picosecond pulses with a single spatial mode from a passively mode-locked, broad-area semiconductor laser
本文提出一种被动锁模宽区半导体激光振荡器，利用外腔单空间模选择和两段式可饱和吸收体调控，在无放大器条件下获得高亮度、高能皮秒脉冲。
2023-10-02 physics.app-ph physics.optics
Spin-momentum locking of polariton edge states in honeycomb lattices
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Università di Padova（帕多瓦大学）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）；Indian Institute of Technology Dharwad（达尔瓦德印度理工学院）；Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）
研究通过介质镜微腔中横电/横磁分裂引入的有效自旋轨道耦合，利用斯托克斯偏振法揭示蜂窝激子极化晶格中锯齿形边缘态的自旋动量锁定，为无外磁场的超快自旋控制单向传播提供途径。
2026-07-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological protection of photonic mid-gap cavity modes
二维周期性光子结构中的缺陷模式已经在高度多样化的光学器件组中得到应用。例如，光子晶体腔将光学模式限制到亚波长体积，并且可以用于非线性、激光和腔量子电动力学的Purcell增强。光子晶体光纤缺陷芯允许产生超连续谱和具有大芯的无限单模光纤。然而，这些模式是出了名的脆弱：结构的微小变化可能导致共振频率和模式体积的显著失谐。在这里，我们表明，光子拓扑晶体绝缘体结构可以用来拓扑保护的谐振频率是在中间的带隙，因此最小化的二维光子缺陷模式的模式体积。我们在飞秒激光写入的波导阵列中实验证明了这一点，这种几何形状类似于光子晶体光纤。拓扑缺陷模式是由一个拓扑不变，保护嵌入在一个二维环境中的零维状态（缺陷模式），拓扑保护的一种新形式，以前没有被证明。
2016-11-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
