Deposited low temperature silicon GHz modulator
大多数硅光子器件是建立在绝缘体上硅（SOI）晶片上，而大多数电子器件，包括CPU和存储器，是建立在体硅晶片上，限制了硅光子器件的广泛接受。这种差异是由于硅光子学需要单晶硅（c-Si）层和厚的下包层用于体硅晶片不能提供的光学引导。虽然下包层问题可以通过衬底去除技术部分解决，但是光子学与最先进的晶体管的共集成的复杂性以及电子器件和光子学之间的不动产竞争仍然是个问题。我们在这里展示了一个平台，用于沉积GHz硅光子学的基础上，多晶硅具有高光学质量，适用于高性能电光器件。我们展示了3 Gbps的多晶硅电光调制器上沉积的多晶硅层完全兼容CMOS后端集成制造。这些结果为硅光子学开辟了一系列可能性，包括DRAM和柔性衬底上的光子学。
2013-06-04 physics.optics
Analog Optical Computing Primitives in Silicon Photonics
光学计算加速器可以帮助缓解电子设备中的带宽和功耗瓶颈。我们展示了一种在硅光子学中实现微处理器型模拟协处理器的方法，并使用它来执行取幂运算。该功能是通过利用硅波导中的非线性吸收增强拉曼放大饱和来实现的。
2015-10-02 physics.optics
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
ReSiPI: A Reconfigurable Silicon-Photonic 2.5D Chiplet Network with PCMs for Energy-Efficient Interposer Communication
已经提出了2.5D小芯片系统来改善大规模芯片的低制造良率。然而，通过电子插入器连接小芯片会对插入器网络施加高业务负载。硅光子技术已经显示出在片内片上网络（NoC）结构中以低延迟处理大量流量的巨大前景。尽管硅光子器件的最新进展已经扩展了光子NoC以实现2.5D小芯片系统中的高带宽通信，但是这种基于插入器的光子网络仍然遭受高功耗。在这项工作中，我们设计和分析了一种新的可重构的高能效和可感知的硅光子2.5D内插器网络，称为ReSiPI。考虑到运行时的流量，ReSiPI能够动态部署小芯片间的光子网关，以改善整体网络拥塞。ReSiPI还采用基于相变材料（PCM）的开关元件来动态地重新配置和功率门控光子插入器网络，从而提高网络功率效率。与现有最先进的2.5D光子网络相比，ReSiPI平均降低了37%的延迟，降低了25%的功率，并将网络中的能量最小化了53%。
2022-08-08 cs.AR cs.ET 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
Transparent conductive oxides and low loss nitride-rich silicon waveguides as building blocks for neuromorphic photonics
提出一种结合低损耗富氮化硅波导与透明导电氧化物的新型光子平台，利用其高非线性与双稳态特性，实现完全兼容CMOS的光子存储器件，以突破电子处理限制并构建超快人工神经网络。
2023-07-31 cs.ET physics.app-ph 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
Non-volatile silicon photonic memory with more than 4-bit per cell capability
我们提出了第一个示范的集成光子相变存储器，使用GeSbTe-225绝缘体上硅，并展示了可靠的多级操作与一个单一的编程脉冲。我们还比较了我们的结果与以前的演示硅的氮化硅。至关重要的是，在硅上实现这一点可以使传统电子产品与未来的光子存储器更紧密地集成，使相变光子存储器成为一种可行的可集成技术。
2019-04-29 physics.app-ph 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
Quantifying the intrinsic amount of fabrication disorder in photonic-crystal waveguides from optical far-field intensity measurements
由于制造缺陷而导致的残余无序在纳米光子学中具有重要影响，其中其可通过增加辐射损失或通过安德森局域化自发地捕获光而使装置性能降级。我们提出并实验证明了一种方法，量化的内在量的无序状态的最先进的光子晶体波导的安德森本地化模式的远场测量。这是通过比较观察到的安德森局域化的光谱范围与数值模拟来实现的，并且该方法提供了低至~ 1 nm的灵敏度。
2012-10-26 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
A silicon photonic modulator neuron
最近，人们对神经形态光子学重新产生了兴趣，这是一个有希望进入机器智能的关键和未探索的领域。在孤立神经元和模拟互连方面已经取得了进展;然而，这种更新尚未产生能够与其他类似神经元相互作用的硅光子神经元的演示。我们报道了一个调制器类光子神经元制造在传统的硅光子工艺线。我们展示了传递函数的可配置性，扇入，抑制，时间分辨处理的行为，以及至关重要的，autaptic可扩展性-一组足够的行为，使设备作为一个神经元参与类似神经元的网络。硅光子调制器神经元构成了使光子神经网络完全集成在当前可用的硅光子平台上所需的最后一块。
2018-12-09 physics.app-ph physics.optics
Integrated Metasurfaces on Silicon Photonics for Emission Shaping and Holographic Projection
硅光子学在自由空间中的新兴应用，如LiDAR和量子光子学，促使通用的发射整形超出了传统光栅耦合器的能力。一个平台，提供任意成形的自由空间发射，同时保持CMOS兼容性和单片集成是迫切需要的。在这里，我们展示了一个平台，集成超颖表面单片硅光子集成电路。超颖表面由渐逝耦合到硅波导的非晶硅纳米柱组成。我们实验证明衍射限制光束聚焦与Strehl比为0.82，其中聚焦点可以在两个位置之间切换。我们还实现了一个元全息图实验上的硅光子芯片上的项目的图像。该平台可以为现有的硅光子生态系统添加一个高度通用的接口，以精确传递自由空间发射。
2022-05-21 physics.app-ph 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
Transfer-printed quantum-dot nanolasers on a silicon photonic circuit
首次在硅光子电路上实现了量子点纳米激光器的集成。基于一维含InAs/GaAs量子点的光子晶体纳米腔的量子点纳米激光器被集成在二氧化硅包覆的CMOS工艺硅波导上。我们采用转移印刷，其中光子纳米结构的三维堆叠以简单的拾取和放置方式组装。通过显微光致发光光谱证实了组装的单个纳米激光器的激光操作和波导耦合。此外，通过重复转移印刷，两个QD纳米激光器集成到一个单一的硅波导被证明，开辟了一条道路，开发紧凑的光源可能适用于波分复用。
2018-03-30 physics.app-ph 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
Modeling Silicon-Photonic Neural Networks under Uncertainties
Duke University（杜克大学）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
硅光子神经网络（SPNN）与其数字电子对应物相比在计算速度和能量效率方面提供了实质性的改进。然而，SPNN的能量效率和准确性受到制造过程和热变化引起的不确定性的高度影响。在本文中，我们提出了第一个全面的和分层的研究随机不确定性的影响的分类精度的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）为基础的SPNN。我们表明，这种影响可以根据位置和特征（例如，调谐相位角）。仿真结果表明，在一个SPNN与两个隐藏层和1374可调热移相器，随机不确定性，即使在成熟的制造工艺可能会导致灾难性的70%的精度损失。
2020-12-19 cs.ET cs.LG 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
Neuromorphic Silicon Photonic Networks
用于高性能信息处理的光子系统已经引起了新的兴趣。神经形态硅光子学具有集成处理功能的潜力，这些功能大大超过了电子学的能力。我们报告的第一个观察经常性的硅光子神经网络，其中连接配置的microbial权重银行。通过动态分岔分析，证明了硅光子电路与连续神经网络模型之间的数学同构。利用这种同构性，利用“神经编译器”编写了一个模拟的24节点硅光子神经网络，以解决微分系统仿真任务。一个294倍的加速度对传统的基准预测。我们还提出并推导出调制器类神经元的功耗分析，而不是激光类神经元，与硅光子平台兼容。在更大的规模上，神经形态硅光子学可以进入无线电、控制和科学计算的超快信息处理的新领域。
2017-06-12 cs.NE physics.optics q-bio.NC
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
Monolithically integrated, broadband, high-efficiency silicon nitride-on-silicon waveguide photodetectors in a visible-light integrated photonics platform
可见和近红外光谱光子集成电路正迅速成为解决量子信息和生物传感中的缩放挑战的关键技术。到目前为止，该光谱范围内的集成光子平台缺乏集成光电探测器。在这里，我们报告的第一个硅波导氮化硅光电探测器，单片集成在硅上的可见光光子平台。由于漏波硅基氮化硅设计，该器件在$λ$ ~400 nm ~640 nm的记录波长范围内实现了> 60%的高外量子效率，光电带宽高达9 GHz，雪崩增益带宽积高达173 $\pm$ 30 GHz。作为一个例子，光电探测器与波长可调谐微晶体管集成在一个芯片上，用于片上功率监测。
2022-09-21 physics.app-ph physics.optics
Broadband Sub-λ GHz ITO Plasmonic Mach-Zehnder Modulator on Silicon Photonics
在这里，我们展示了一个光谱宽带，GHz的快速马赫-曾德尔干涉调制器，表现出95 V-μ m的极小VpL，部署一个亚波长短静电可调谐等离子体移相器，基于异质集成的ITO薄膜到硅光子。
2019-12-31 physics.app-ph 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
Silicon photodetector for integrated lithium niobate photonics
我们展示了一个非晶硅光电探测器与薄膜锂酸盐光子平台在可见光波长范围内工作的集成。我们提出了这种金属-半导体-金属光电探测器的设计，制造，集成和实验表征的细节，其特征在于在跨越635 nm至850 nm波长范围的宽光带宽上的响应度为22 mA/W至37 mA/W。
2019-09-06 physics.app-ph 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
Scheme to Achieve Silicon Topological Photonics
在本工作中，我们推导出纯粹基于硅的拓扑光子态，硅是一种传统的电介质材料，通过将硅圆柱体的蜂窝晶格变形为圆柱体六边形的三角晶格。光子拓扑结构与由麦克斯韦方程组和设计时的$C_6$晶体对称性所遵循的伪时间反转（TR）对称性构成的伪时间反转（TR）对称性相关联，这使得Kramers在本光子系统中加倍，其中伪自旋的作用由横向磁模式中的磁场的圆偏振所发挥。我们求解了麦克斯韦方程组，并通过揭示光子带的赝自旋分辨Berry曲率和用坡印廷矢量表征的螺旋边缘态，证明了新的光子拓扑结构.
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable RF-photonic filtering with high out-of-band rejection in silicon
对高速和大带宽的不断增长的需求使得光子系统成为下一代通信和雷达技术的主要候选者。光子平台在保持小尺寸的同时实现高性能，并提供与纤维光学的自然接口以用于信号传输。然而，生产与RF元件竞争的尖锐窄带滤波器仍然具有挑战性。在本文中，我们展示了全硅RF光子多极滤波器与$\sim100\times$更高的光谱分辨率比以前可能在硅光子学。这种增强的性能是利用工程布里渊相互作用来获得长寿命的声子，大大延长了硅中可用的相干时间。这种基于布里渊的光机系统能够实现超窄（3.5 MHz）多极响应，可以在宽（$\sim10$ GHz）谱带上进行调谐。我们在一个全硅光机械波导系统，使用CMOS兼容的制造技术来实现这一点。除了大大提高硅光子学的性能外，我们还展示了可靠性和鲁棒性，这是将硅基光机械技术从科学实验台过渡到高影响力现场部署技术所必需的。
2020-03-11 physics.app-ph physics.optics
Silicon Quantum Photonics
集成的量子光子应用，提供物理保证的通信安全性，子散粒噪声测量和巨大的计算能力，几乎在技术范围内。硅作为一个技术平台，在建立微电子革命方面已经被证明是不可想象的，在量子技术革命中也可能如此。硅已经掀起了光子学的风暴，其承诺的可扩展制造，集成和与CMOS微电子兼容。这些相同的性质，以及其他一些性质，也激发了它在大规模量子光学中的应用。在这篇文章中，我们提供了硅量子光学的发展背景。我们回顾了构成集成量子光子系统的各种组件的发展，并确定了硅量子光子学必须面对的挑战及其潜在的解决方案，以使量子技术成为现实。
2017-07-07 physics.optics quant-ph
