InGaP quantum nanophotonic integrated circuits with 1.5% nonlinearity-to-loss ratio
光学非线性在利用光子的量子信息处理中起着关键作用，从预言的单光子源、相干波长转换到长期寻求的量子中继器。尽管强偶极耦合到量子发射器的可用性，但高度期望实现强体光学非线性。在这里，我们实现了量子纳米光子集成电路在薄膜InGaP与单光子非线性耦合率（$g/2π=11.2$ MHz）和腔光子损失率之间的$1.5\%$的创纪录的高比率。我们证明了二次谐波产生的效率为$71200\pm10300\%$ /W的InGaP光子电路和光子对产生通过退化自发参量下转换与超过27.5 MHz/ $μ$ W的重复率-一个数量级的改进的国家的最先进的-和一个大的巧合到意外的比率高达$1.4\times 10^4$。我们的工作表明，InGaP作为一个潜在的超越平台的量子非线性光学和量子信息的应用。
2022-01-25 physics.optics quant-ph
III-Nitride nanophotonics for beyond-octave soliton generation and self-referencing
频率微梳是锁模激光器和光纤梳的后继者，它使微型光尺能够应用于精密计量、分子指纹和系外行星发现等领域。为了实现频率控制功能，必须通过锁定微梳的载波包络偏移频率来稳定微梳。到目前为止，微梳的稳定性仍然是由芯片外部的精密光学元件复合而成的，从而避免了其缩放效益。为了解决这一挑战，在这里，我们展示了纳米光子芯片解决方案的基础上氮化铝薄膜，同时提供光学克尔非线性产生倍频程孤子梳和普克尔斯非线性，使外差检测的偏移频率。晶体III-氮化物光子的敏捷色散控制允许高保真度产生孤子，其特征包括1.5倍频程梳齿跨度、双色散波和低至220千兆赫的亚太赫兹重复率。这些有吸引力的特性，在片上相位匹配氮化铝波导的帮助下，允许完全确定偏移频率。我们的原理验证演示代表了便携式光学原子钟和频率合成器的完全集成自锁微梳的重要里程碑。
2020-12-25 physics.app-ph physics.optics
A single-crystalline silver plasmonic circuit for visible quantum emitters
等离子体激元波导是纳米光子器件中的关键元件，其用作纳米级光源和检测器之间的光学互连。等离子体双线传输线中的多模操作为近场操纵和信息编码提供了重要的自由度。然而，由于欧姆损耗，金纳米结构中的高度受限的等离子体激元传播通常限于近红外区域，排除了来自等离子体激元电路的所有可见量子发射体。在这里，我们报告自上而下的制造复杂的等离子纳米结构的单晶银板。我们展示了一个小的合奏的荧光团的一组波导模式和发射的可见光发光到波导的高效率的控制远程激发。这种方法开启了复杂等离子体波导和可见光谱范围内各种量子发射器之间纳米级光-物质相互作用的研究。
2019-02-22 physics.app-ph physics.optics
Versatile tuning of Kerr soliton microcombs in crystalline microresonators
基于微谐振器的光学频率梳从高品质因数微谐振器发射，也称为微梳，已经为光学频率梳技术领域开辟了新的视野，包括频率计量、精密传感和光通信。为了扩展微梳在此类应用中的能力，大而可靠的可调性至关重要。在这里，我们展示了宽光谱调谐克尔孤子微梳在一个热控制的晶体微谐振器与泵失谐稳定。构成频率梳的基本元件，即中心频率、重复频率和载波包络偏移频率，分别通过高达-48.8 GHz、-5.85 MHz和-386 MHz进行频谱调谐，从而利用超高Q晶体氟化镁谐振器中的热效应。我们进一步证明了一个3.4倍的增强孤子梳功率产生的热膨胀与温度变化只有28 K通过采用定量分析的光纤到谐振器的耦合效率。
2023-03-02 physics.app-ph physics.optics
High quality factor nanophotonic resonators in bulk rare-earth doped crystals
许多块体晶体材料表现出有吸引力的非线性和发光性质的经典和量子光学应用。在这些材料中的高品质因数光学纳米腔的芯片级平台将使新的光电子器件和量子光物质界面成为可能。在这篇文章中，光子晶体纳米束谐振器制造使用聚焦离子束铣削大块绝缘体，如稀土掺杂的硅酸钇和钒酸钇，演示。在可见光，近红外，电信波长与品质因数高达27,000和光学模式体积接近一个立方波长的操作进行了测量。这些器件使新的纳米激光器，片上量子光存储器，单光子源，和非线性器件在低光子数的基础上稀土离子。该技术也适用于其他发光中心和晶体。
2015-12-12 physics.optics
Gallium phosphide on insulator for nanophotonics and quantum technologies
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Max Planck School of Photonics（马克斯·普朗克光子学校）；Helmholtz-Institut Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（达姆施塔特重离子研究中心）；Laser Physics Centre, Research School of Physics, Australian National University（澳大利亚国立大学物理研究学院激光物理中心）
本研究采用离子切片工艺制备绝缘体上磷化镓衬底，经优化工艺获得高性能磷化镓薄膜，为纳米光子学与量子技术提供了新型材料平台。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Near-infrared single-photons from aligned molecules in ultrathin crystalline films at room temperature
研究了二苯并三萘嵌苯（DBT）分子在蒽旋涂结晶膜中的光学性质。通过进行单分子研究，我们表明，DBT分子的偶极矩取向平行于膜的平面。尽管薄膜厚度仅为20 nm，但我们在室温下观察到了出色的光稳定性，单个分子的光子计数率约为每秒一百万。这些特性以及约800 nm的发射波长使该系统在纳米光子学和量子光学中的应用具有吸引力。
2010-02-04 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Active silicon integrated nanophotonics: ferroelectric BaTiO3 devices
硅上复合氧化物的集成提供了扩展和增强具有新的电子、磁性和光子特性的硅技术的机会。在这些材料中，钛酸钡（BaTiO 3）是一种特别强的铁电钙钛矿氧化物，具有吸引人的介电和电光特性。在这里，我们展示纳米光子电路将铁电钛酸钡薄膜上无处不在的绝缘体上硅（SOI）平台。我们直接在SOI上生长外延单晶BaTiO 3，并设计集成波导结构，同时限制BaTiO 3层中的光和RF电场。使用片上光子干涉仪，我们提取了一个大的有效普克尔斯系数为213加上减去49 pm/V，一个值大于六倍的商业光调制器的基础上锂的钛酸盐。单片集成的钛酸钡光调制器的调制带宽在千兆赫兹制度，这是有前途的宽带应用。
2014-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A High Responsivity Broadband Photodetector Based on a WSe2 NiO Nanowire Heterostructure with Engineered Nanophotonic Enhancement
本研究通过集成单层p型WSe₂与电纺p型NiO纳米线构建2D-1D异质结构光电探测器，利用纳米光子场限制机制实现350-780 nm宽带响应，可见光区响应度达627 A/W，为缓解光电探测器增益带宽权衡提供新途径。
2025-11-19 physics.optics
Soliton generation in CaF$_2$ crystalline whispering gallery mode resonators with negative thermal-optical effects
本文在 Q > 10$^9$ 的 CaF$_2$ 晶体回音壁模式谐振器中首次实验实现孤子微梳，揭示负热光效应导致的孤子数双向切换及呼吸、振动等热–光机械动力学。
2023-06-03 nlin.PS physics.optics
Ultrahigh free-electron Kerr nonlinearity in all-semiconductor waveguides for all-optical nonlinear modulation of mid-infrared light
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）；Center for Biomolecular Nanotechnologies（生物分子纳米技术中心）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Consiglio Nazionale delle Ricerche（国家研究委员会光子和纳米技术研究所）；Department of Physics, Sapienza University of Rome（罗马大学物理系）；Center for Life Nano- and Neuro-Science（生命纳米与神经科学中心）
本研究通过全半导体波导实现超高水平自由电子 Kerr 非线性，用于中红外光的高效非线性调制，为光子集成电路发展提供新途径。
2025-03-06 physics.optics quant-ph
Interferometric near-field characterization of plasmonic slot waveguides in single- and poly-crystalline gold films
等离子体波导是集成纳米光子电路和纳米量子光学的一个很有前途的平台。然而，它们的使用通常受到引导表面等离子体激元模式的有限传播长度的阻碍。因此，详细了解材料质量和波导几何形状对复模折射率的影响至关重要。在这封信中，我们提出了在电信波长的等离子体缝隙波导制造聚焦离子束铣削在单晶和多晶金膜的干涉近场测量。我们观察到一个显着更好的性能的槽波导在单晶金膜的槽宽度低于$100\,\mathrm{nm}$。相比之下，对于较大的槽宽度，两种金膜产生可比的模式传播长度。我们的实验观察表明，占主导地位的损失通道的性质的变化，从欧姆泄漏辐射的间隙尺寸的增加。我们的实验结果再现三维数值计算。
2019-07-15 physics.optics
Spatially-Controlled Planar Guided Crystallization of Low-Loss Phase Change Materials for Programmable Photonics
针对硫系相变材料结晶随机性导致的光学不均匀问题，提出空间受控平面引导结晶方法，实现低损耗Sb2S3定向生长，并在移相器和可编程超表面中验证其性能。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Atomically smooth single-crystalline platform for low-loss plasmonic nanocavities
能够极端光学限制和增强的纳米粒子镜上等离子体纳米腔已经引发了纳米光子学的最新进展以及增强光谱学和分子检测中的应用的发展。然而，这些纳米结构的光学品质因数和因此的性能被用作反射镜的粒状多晶金属膜破坏。在这里，我们报告了一个原子级光滑的单晶平台，使用化学合成的金微片作为镜子的低损耗纳米腔。使用金纳米棒在这种微片上构建的纳米腔表现出丰富的等离子体模式结构，其对光学薄（低至~15 nm）微片的厚度高度敏感。与基于沉积膜的对应物相比，原子级光滑的单晶微片赋予纳米腔显著改善的品质因数（~2倍）和散射强度（~3倍）。所开发的低损耗纳米腔进一步允许与成熟的纤维光学平台集成，为实现具有高性能的基于纳米腔的小型化光子器件提供了机会。
2022-01-22 physics.optics
Crystalline metal flakes: Platforms for advanced plasmonics and hybrid 2D material architectures
Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）
晶体金属薄片在纳米光子学中作为多功能平台，具有高结晶度和光学质量，适用于先进等离子体学、量子光子学和混合光子系统，其优势在于低损耗和高精度纳米结构化能力。
2026-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
The annual energy yield of mono- and bifacial silicon heterojunction solar modules with high-index dielectric nanodisk arrays as anti-reflective and light trapping structures
虽然提出了适用于相对薄的晶体硅基太阳能电池的各种纳米光子结构，以确保有效的光耦合和吸收器中的光捕获，但在实际辐照条件下评估其在太阳能模块水平上的性能非常重要。在这里，我们分析了相对较薄的异质结（HJT）太阳能组件架构时，优化的抗反射和光捕获二氧化钛（TiO $_2$）纳米盘正方形阵列的前，后电池界面上应用的年能量产量。我们的数值研究表明，在减少晶体硅（c-Si）晶片厚度时，当与具有HJT太阳能电池的平坦优化抗反射涂层的参考模块相比时，对于单面和双面太阳能模块，年能量产量的相对增加可分别高达11.0% $_\text{rel}$和43.0% $_\text{rel}$。
2021-06-22 physics.app-ph physics.optics
Octave-spanning tunable parametric oscillation in crystalline Kerr microresonators
参量非线性光学过程允许产生新波长的相干电磁辐射。它们能够产生波长可广泛调谐的辐射，这一点特别吸引人，其应用范围从光谱学到量子信息处理。不幸的是，现有的可调参数源的缺陷，阻碍了他们的广泛采用。在这里，我们表明，由氟化镁制成的超高Q晶体微谐振器可以克服这些限制，使紧凑和节能的设备能够产生干净和广泛的可调边带。我们考虑了几种不同的谐振器，精心设计的色散曲线，实现了数百纳米的边带可调谐性，在每个设备时，在1550 nm的标准低功率激光驱动。除了从1083 nm到2670 nm的整个光学倍频程上的离散可调谐性的直接观察之外，我们还记录了几乎4000 nm处的中红外边带的签名。所考虑的设备的简单性-加上其显著的可调谐性-为低成本，广泛可调谐的电磁辐射源铺平了道路。
2019-04-10 physics.optics
PCM-net: A refractive index database of chalcogenide phase change materials for tunable nanophotonic device modelling
最近，硫族化物玻璃基相变材料（PCM）已经显示出作为一系列纳米光子器件的调谐材料的实用性。由于它们的低损耗、超快切换速度和宽波段操作，PCM被集成在越来越多的下一代可调谐组件中，包括集成光子开关、超表面光学器件和可调谐光谱滤波器。尽管如此，基于PCM的设备的建模是具有挑战性的，无论是在不同相态的实验衍生材料特性的准确表示，以及整个研究界的结果的标准化。在这项工作中，我们介绍了PCMnet，一个在线数据库的各种硫系玻璃PCM（如GeSbTe）的复折射率，作为一个可访问的和索引存储库的PCM社区的数据共享。非晶态和晶态之间的折射率（n）和消光系数（k）直接从大量学术研究文章中的实验数据中提取，并整理到材料资源数据库中。由于与我们的数据收集方法相关的不准确性，该数据补充了通过WVASE（一种商业椭圆偏振分析软件包）获得的其他计算生成的数据。为了证明PCMnet的实用性，我们提供了一个NASA应用程序驱动的设备优化的例子，使用我们的数据库收集的PCM的光学特性。我们预计，该数据库为PCM社区提供了很大的用途，PCMnet支持的协调研究工作将促进共享存储库，用于为一系列应用选择合适的PCM，用于可调纳米光子器件设计。
2020-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unidirectional single-photon emission from germanium-vacancy zero-phonon lines: Deterministic emitter-waveguide interfacing at plasmonic hot spots
为了实现纳米级的固态单光子源，我们研究了基于单晶纳米金刚石（ND）中孤立的单个锗空位（GeV）中心的类原子量子发射体。低温表征表明，与大块金刚石中的GeV中心相比，其基态的能量分裂增强高达6倍（即，在高应变ND中高达870 GHz，而在体中为150 GHz）。利用光刻对准技术，我们展示了一个集成的纳米光子平台，用于确定性接口等离子体激元波导与隔离GeV中心的ND，使单光子衰减率的10倍增强，以及通过明智地设计和定位布拉格反射器的发射方向控制。这种方法允许人们实现从单光子偶极源的单向发射，引入了一种新的方法，该方法是基于手性相互作用或拓扑保护的传播方向相关的技术的替代。所开发的基于等离子体激元的纳米光子平台由此为量子纳米光子学开辟了新的前景，特别是实现单光子和自旋量子比特之间的纠缠。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Van der Waals Materials for Applications in Nanophotonics
本文评估11种vdW晶体的光学响应，并在SiO2与金上制备纳米天线，展示高折射率Mie共振、混合Mie–等离激元模式、扭转堆叠调控及转移能力。
2022-10-31 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Toward nanophotonic platforms for solid-state $^{229}$Th nuclear clocks
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Institute for Nuclear and Radiation Physics（核与辐射物理研究所）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；Keio University（庆应义塾大学）；Ghent University（根特大学）
本文提出一种纳米光子平台，利用$^{229}$Th低能异构跃迁实现固态核钟，通过耦合钍核与受限光学模式增强核激发率，展示了一种实现芯片级固态频率标准的可行路径。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall nucl-ex physics.atom-ph
Atomically thin silver films for enhanced nanoscale nonlinear optics
本文提出利用原子级薄晶体银膜中的量子限域效应增强二次谐波产生，克服纳米光子平台相互作用体积小的限制，为高效纳米尺度非线性光学及其在光子学、传感和量子技术中的应用提供新途径。
2025-08-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Beyond single-crystalline metals: ultralow-loss silver films on lattice-mismatched substrates
高品质因数等离子体激元器件是纳米光子学、量子计算和传感领域中的关键部件。这些器件中的大多数需要在非晶格匹配或透明的非晶衬底上制造。等离子体激元器件品质因数主要由金属-衬底系统的欧姆损耗、晶界处的散射损耗和平面内等离子体激元散射损耗来定义。在这里，我们展示了沉积技术，电子束蒸发超低损耗的银薄膜上的透明晶格失配基板。这个过程是基于进化选择生长。我们的方法的关键特征是在冷却的衬底上沉积的明确控制，自结晶和随后的退火，用于精确的应力松弛，促进进一步的晶粒生长。我们能够沉积100纳米厚的超平多晶银薄膜，具有微米级晶粒和超低的光学损耗。最后，我们展示了超高品质因数等离子体纳米银透明晶格失配衬底上的外延银。这对于高性能或单分子光学传感器应用可能具有极大的兴趣。
2022-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic non-volatile memories using phase change materials
我们提出了一个全光子，非易失性存储器和处理元件的基础上的相变薄膜沉积到纳米光子波导。利用部分覆盖Ge_2Sb_2Te_5（GST）的光子晶体谐振器，可以实现集成光子电路中的多级存储操作。GST在从非晶态到晶态的转变时提供折射率的显著变化，这被利用来可逆地控制具有类似于光学晶体管的附加选通端口的微腔的消光比和谐振波长。我们的分析显示出良好的灵敏度GST内的结晶度，从而提供了非冯诺依曼神经形态计算的基础。
2012-08-07 physics.optics
Multi-scale photonic emissivity engineering for relativistic lightsail thermal regulation
突破性的Starshot计划旨在使用激光加速光帆以相对论速度向Proxima Centuri B发送一个克级探测器。热管理是一个关键的光帆设计目标，因为强烈的激光功率所需的，但一般被认为是次要的加速性能。在这里，我们展示了纳米光子光子晶体板状反射器组成的2H相二硫化钼和结晶氮化硅，突出的热带消光系数和光帆的最高温度之间的反比关系，并检查之间的权衡加速距离和设置现实的帆热极限，最终实现了热耐受的最小加速距离为16.3 Gm。我们还展示了具有热波长尺度米氏共振几何形状的多尺度光子结构，并表征了其宽带米氏共振驱动的发射率增强和加速距离减小。我们的研究结果突出了在超轻纳米光子结构中在宽波长范围内同时控制光学和热响应的新可能性。
2021-09-14 astro-ph.IM physics.optics
Sub-optical wavelength acoustic wave modulation of integrated photonic resonators at microwave frequencies
光-声相互作用长期以来一直被用于基于块状晶体材料的各种声光器件中。传统上，这些器件在兆赫频率范围内工作，其中声波长比光波长长得多，并且需要长的相互作用长度来获得显著的耦合。利用纳米级换能器，现在可以激发具有亚光波长的声波，以在纳米光子器件中诱导强声光耦合。在这里，我们展示了微波频率的表面声波换能器与纳米光子谐振器的压电氮化铝基板上集成。实现了在10 GHz以上的谐振模式的声光调制，其中声波长显著低于光波长。在此方案中的相位和模式匹配条件进行了研究，有效的调制。新的声光平台可以产生基于非线性布里渊过程的新型光学器件，并为微波光子学和量子光力学提供光学和微波光子之间的直接宽带链接。
2014-10-04 physics.optics quant-ph
Plasmonics in Argentene
二维材料展现出一系列迷人的电子和光子特性，这些特性对于纳米光子学、量子光学和新兴的量子信息技术至关重要。结合从头算材料科学和纳米光子学领域的概念，现在有机会设计新的光子材料，其光学，传输和散射特性可以达到热力学和量子极限。在这里，我们提出了第一性原理计算预测，银，单晶六方密堆积单层，可以大大超过传统的等离子体材料的光学性能和导电性。在低频率的限制，我们表明，散射率和电阻率减少了三个因素相比，散装三维金属。最重要的是，低散射率延伸到光学频率，与例如石墨烯形成鲜明对比，石墨烯的散射率由于光学声子散射而在近红外范围内急剧增加。与固有的高载流子密度相结合，这有利于高度受限的表面等离子体延伸到可见频率。我们在三个不同的品质因数，跨越典型的等离子体激元应用的频谱，评估的Eketene;在每个，Eketene优于国家的最先进的。这种独特的组合属性将使Eketene一个有价值的除了二维异质结构工具包的量子电子和光子技术。
2018-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Architecture for coherent dual-comb spectroscopy and low-noise photonic microwave generation using mechanically actuated soliton microcombs
本文提出利用机械驱动超高Q值晶体微谐振器实现相干双梳光谱和超低噪声微波生成的架构，通过统一泵浦激光产生高相干双孤子梳，并利用亚赫兹线宽超稳定激光直接生成克尔孤子以显著降低相位噪声。
2025-09-20 physics.app-ph physics.optics
Chiral high-harmonic generation in metasurfaces
本文将手性高次谐波产生概念引入由非手性纳米谐振器阵列组成的超表面，通过谐振器与晶格对称性相互作用可控产生手性，并预测两个正交圆偏振泵浦之间谐波亮度具有高对比度，为纳米结构固体中的手性阿秒物理和极紫外光学开辟新方向。
2025-07-03 physics.optics
Thermally Controllable Multiple High Harmonics Generation by Phase-Change Materials-Mediated Fano Clusters
基于Fano共振纳米结构的非线性高次谐波产生的实质性增强由于其开发集成和先进的下一代纳米光子器件的有前途的潜力而受到越来越多的关注。在这项研究中，超越传统的亚波长结构，我们提出了一个光热功能的异质金属介电不对称八元八聚体集群组成的中心硅纳米盘和外围磁盘与相变材料（Ge2Sb2Te5）。使用完整的电磁计算，我们表明，在周围的颗粒的非晶相，低聚物作为一个全介电集群，而在结晶制度，八聚体变成一个混合metaldielectric组装。利用精湛的能力，支持不同的Fano线型在不同的波长取决于Ge2Sb2Te5的相位，我们显示了在GST纳米盘的非晶相和结晶相的二次和三次谐波的产生，分别与产生的谐波波长为425 nm和317 nm，分别。我们对相应的转换效率的计算表明，SHG和THG的ηSHG=0.012%和ηTHG=0.0081%分别显着提高。多共振光热可调谐团簇的这种精致特征允许使用单个系统产生具有不同强度的几个高次谐波，用于未来的光子学应用。
2017-12-11 physics.optics
Plasmon-Enhanced Second-Harmonic Generation in Atomically Thin Crystalline Silver Nanostructures
ICFO–Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；University of Vienna, Faculty of Physics, Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ)（维也纳大学物理学院，维也纳量子科学与技术中心）；Center for Nanophotonics, NWO Institute AMOLF（纳米光子学中心，NWO AMOLF研究所）；Department of Physics, Dokuz Eylül University（德古兹埃勒大学物理系）；Centro de Física de Materiales CSIC-UPV/EHU and Materials Physics Center（CSIC-巴斯克国立大学物质物理学中心和材料物理中心）
本研究通过原子级薄晶体银薄膜中的量子限制与等离激元共振协同作用，实现了二次谐波产生的显著增强，为超紧凑非线性光学器件提供了可扩展方案。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Unraveling Optical Polarization at Deep Microscopic Scales in Crystalline Materials
本文提出固体微观光学能带理论，揭示晶格内隐藏波及其光学偏振纹理，首次展示14种材料，并提供开源软件Purdue-Picomax，为纳米光子学奠定新基础。
2024-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Frequency comb generation via synchronous pumped $χ^{(3)}$ resonator on thin-film lithium niobate
针对脉冲驱动片上克尔梳受限于微环谐振器调谐范围的问题，提出利用薄膜铌酸锂上的 χ⁽³⁾ 谐振器，通过可调谐飞秒脉冲发生器同步泵浦产生宽带频率梳，克服了受激拉曼散射的限制。
2024-04-25 physics.app-ph physics.optics
Pockels Soliton Microcomb
克尔孤子微梳是近年来集成光子学领域的一个重要课题，它为光频计量学开辟了新的领域。克尔孤子微梳，顾名思义，是基于高阶立方光学非线性。利用二次光子材料，即普克尔斯材料，产生孤子和在芯片上实现1f-2f梳状自参考是理想的。这种二次驱动的孤子已在理论上提出，但尚未被观察到在纳米光子平台，尽管最近的进展，在自由空间和晶体谐振器中的二次梳生成。本文报道了氮化铝微腔中三波混频驱动的基于光子芯片的普克尔斯微梳孤子。与典型的克尔孤子相比，我们的Pockels孤子具有单位孤子生成保真度，多孤子态的二乘二湮灭，良好的调谐动力学，以及高的泵浦到孤子转换效率。
2020-04-16 physics.optics
Deterministic aperiodic composite lattice-structured silicon thin films for photon management
具有非周期性纳米结构分布的纳米工程半导体材料中光子流的奇异操纵在效率增强和工业上可行的宽带光子技术中起着关键作用。通过一个通用的确定性纳米技术路线，除了周期性的，横向准异质或无序的随机光子晶格，在这里，我们展示了可扩展的纳米结构半导体薄膜上的大面积纳米压印基板高达4平方厘米的非周期性复合纳米光子晶格具有可定制的超单元瓦片的先进功能特性。所提出的人工纳米结构材料具有定义良好的晶格点形态的更丰富的傅立叶光谱在功能上被设计为类似于二维无公度共生非周期性晶格，包括周期性光子晶体和面内准晶作为子组。呈现了具有锥形纳米孔或纳米锥-纳米孔的复合光子晶格结构的晶体硅薄膜，其与周期性对应物相比显示出高达+30%的可实现短路电流密度，其中与300纳米厚度的参考非结构化硅薄膜相比高达+190%。鉴于可扩展的自底向上集成器件制造工艺，结构分析进一步扩展到液相结晶双面织构确定性非周期性晶格结构的10微米厚的大面积晶体硅薄膜。
2016-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Synthesis by Size Focusing of Lithium Tantalate Nanoparticles with a Tunable Second Harmonic Optical Activity
本文提出一种无需热处理的溶液相合成方法，通过定向附着、Ostwald熟化和尺寸聚焦效应，在220°C下制备出直径200-500 nm可调的纯相结晶钽酸锂纳米颗粒，并验证了其二次谐波光学活性，为纳米光子学应用提供了新材料。
2024-09-10 physics.optics
Direct Wafer Bonding of Crystal-Ion-Sliced GaP Thin Films for Photonic Applications
Fraunhofer-Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）；Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心离子束物理与材料研究所）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；Institute of Solid-State Physics, Friedrich Schiller University（弗里德里希·席勒大学固体物理研究所）；Institute of Applied Physics, Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University（弗里德里希·席勒大学阿贝光子学中心应用物理研究所）
本研究采用晶体离子切割与直接晶圆键合技术制备高质量GaP薄膜，实现其灵活集成，为兼容异质集成与后端CMOS工艺的GaP薄膜光子学提供了可扩展途径。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic Enhancement of Second Harmonic Generation in Weyl Semimetal TaAs
本研究首次构建银纳米贴片天线与外尔半金属TaAs的混合纳米等离子体结构，通过非破坏性可扩展制备方法实现二次谐波产生超4.5倍增强，保留TaAs晶体结构与光学响应，为高性能拓扑纳米光子器件研究奠定基础。
2023-07-20 physics.optics
Quadrupole Topological Photonic Crystals
四极拓扑相，表现出受保护的边界状态，它们本身是低维的拓扑绝缘体，最近引起了极大的兴趣。扩展这些想法从目前的紧束缚模型，以连续理论的现实材料需要确定量化的不变量描述散装四极杆顺序。在这里，我们确定的模拟四极阶的麦克斯韦方程组的光子晶体（PhC），并确定四极拓扑光子晶体形成通过带反转过程。与以往的研究依赖于线程通量，我们的四极矩是量化纯粹的晶体对称性，我们确认使用三个独立的方法：分析对称性本征值，数值计算的嵌套Wannier带，和四极算子的期望值。此外，通过Wannier带的体边缘对应，我们揭示了非平凡四极相位的边界表现为边缘处的量子化极化和角落处的束缚态。最后，我们涉及到非平凡的角落状态的量子化分数角电荷和填充异常的电子系统中首次预测的紧急现象。我们的工作为进一步探索纳米光子系统中的高阶拓扑相铺平了道路，我们诱导四极相变的方法也适用于其他波系统，如电子，声子和极化激元。
2019-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Direct Investigation of the Birefringent Optical Properties of Black Phosphorus with Picosecond Interferometry
黑磷（BP）是一种新兴的二维半导体材料，具有纳米电子和纳米光子应用的巨大潜力，特别是由于其独特的各向异性电学和光学性质。许多理论研究已经预测了BP的各向异性光学性质，但直接的实验定量仍然具有挑战性。困难来自于BP在环境条件下暴露于空气时容易降解，以及传统方法的间接性质，这些方法受到很大的测量不确定性的影响。本工作报告的直接调查的双折射光学常数的微米厚的BP样品的皮秒（ps）干涉，在波长范围从780到890 nm。在这种ps-干涉法中，用于发射声波的100（5 nm）铂层自然地保护BP薄片免于降解。通过拟合衰减后的布里渊散射信号，直接得到了BP晶体在锯齿形和扶手椅形两种主要晶向上的双折射光学常数。进一步提出了一个双指数模型来分析随机入射光偏振的BS信号。BP的实验结果和相关的测量灵敏度分析表明的可靠性和准确性的ps-干涉方法捕获的偏振相关的双折射材料的光学特性。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
A stable, single-photon emitter in a thin organic crystal for application to quantum-photonic devices
单个有机分子提供了很大的希望，作为明亮，可靠的来源，相同的单光子的需求，能够集成到固态设备。已经提出，出于此目的，可以将晶体有机基质中的这种分子放置在光波导附近，但是到目前为止，还没有足够薄的晶体的证明，其具有受控浓度的合适的掺杂剂分子。在这里，我们提出了一种从过饱和蒸汽中生长非常薄的蒽晶体的方法，这种方法可以产生非常平坦和厚度可控的晶体。我们展示了这种晶体如何可以掺杂有广泛可调浓度的二苯并三萘（DBT）分子，我们研究这些分子的光学性质，以证明它们作为纳米光子器件中的量子发射体的适用性。我们的测量结果表明，分子在晶体中可作为单量子发射器，具有相对于晶轴的明确偏振，使它们易于与光学纳米结构对准。我们发现，在晶体内的辐射寿命和饱和强度变化不大，并没有以任何方式受到不寻常的矩阵环境。我们发现，这些发射器中的很大一部分能够提供超过$10^{12}$的光子，而不发生光漂白，使它们适合于实际应用。
2016-02-03 physics.optics quant-ph
Nanometric voids as optical antennas for rewritable momentum-engineered photonics in silicon
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Irvine Material Research Institute, University of California, Irvine（加州大学尔湾分校欧文材料研究所）
本研究提出硅中纳米空洞作为光学天线，通过介电不连续性实现极端光局域和动量辅助光学跃迁，并展示可重写的电致发光与光致发光。
2026-06-28 physics.optics quant-ph
Direct Photochemical Patterning of Lithium Niobate Thin Films for Scalable Nonlinear Optical Metasurfaces
针对铌酸锂集成光学器件的制造挑战，提出环境条件下的光化学金属有机分解技术，实现特征分辨率低至30μm的可扩展图案化，为铌酸锂光子学及其他材料制造提供低成本途径。
2025-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlled growth of rare-earth-doped TiO$_{2}$ thin films on III-V semiconductors for hybrid quantum photonic interfaces
本文提出在GaAs和GaSb衬底上通过低温脉冲激光沉积结合砷保护层与缺氧缓冲层，实现Er³⁺掺杂锐钛矿TiO₂(001)外延薄膜的可控生长，为单片集成稀土量子存储器与半导体单光子源、构建可扩展混合量子光子芯片提供了材料平台。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
