On chip, high-sensitivity thermal sensor based on high-Q polydimethylsiloxane-coated microresonator
通过在硅片上的石英环形微谐振器表面涂覆一层聚二甲基硅氧烷（PDMS），实现了高灵敏度的热传感。具有高Q值的回音壁模式（WGM），PDMS涂层微谐振器对环境温度变化高度敏感。我们发现，当PDMS层变厚时，由于PDMS的负热光系数，WGM随温度的升高经历了从红移到蓝移的转变。测得的灵敏度（0.151 nm/K）是一个数量级高于纯硅微腔传感器。热传感器的超高分辨率也被分析达到10- 4K。
2010-11-01 physics.optics
Photonic Origami of Silica on a Silicon Chip with Microresonators and Concave Mirrors
本文提出一种激光诱导表面张力驱动的片上二氧化硅折纸技术，以20纳米对准精度将超光滑平面光子器件折叠成三维结构，实现高品质微谐振器和凹面微镜，为三维光电机械电路提供了新途径。
2025-07-06 physics.optics
Broadband dispersion engineered microresonator on-a-chip
控制光纤波导中的色散对于光纤通信系统以及最近对于从紫外到中红外的连续谱的产生是至关重要的。可以通过改变光纤芯直径或折射率阶跃来设置群速度色散过零的波长。此外，使用多包层光纤，可以采用复杂的方法来操纵高阶色散，以便在宽带宽上形成甚至平坦化色散。在这里，我们介绍的设计和制造技术，允许类似的色散控制芯片集成光学微谐振器，从而展示了更高阶，宽带宽的色散控制的倍频程的频谱。重要的是，我们用于色散控制的制造方法同时允许光学Q因子超过1亿，这对于非线性光学振荡器的有效操作至关重要。近年来，随着人们对芯片可集成光学频率梳的兴趣增加，高Q系统中的色散控制变得越来越重要。
2015-06-23 physics.optics
High-Q silk fibroin whispering gallery microresonator
我们实验证明了一个芯片上的全丝素蛋白回音壁模式微谐振器，通过使用一个简单的成型和溶液浇铸技术。制作的丝蛋白微谐振器的品质因数达到10^5。在此丝素蛋白微环中实现了高灵敏度的温度传感器，其灵敏度为1.17 nm/K，是以前基于WGM谐振器的温度传感器的8倍。这为在柔性芯片上制造生物可降解和生物相容的基于蛋白质的微谐振器以用于生物光子学应用开辟了道路。
2016-07-25 physics.optics
Second harmonic generation in a high-Q lithium niobate microresonator fabricated by femtosecond laser micromachining
报道了利用飞秒激光微加工技术在石英陶瓷上制作高Q值的铌酸锂回音壁模微谐振器。微米级（直径~82 μm）LN谐振腔在1550 nm波长范围内具有2.5 × 10^5的Q因子。此外，在片上LN微谐振器中，演示了连续波可调谐单纵模泵浦激光器在片上LN微谐振器中的二次谐波产生。采用光纤锥将泵浦激光器耦合到微谐振腔中，归一化转换效率为1.35 × 10 ^-5/mW。
2014-08-31 physics.optics
Second-harmonic assisted four-wave mixing in chip-based microresonator frequency comb generation
同时克尔梳形成和二次谐波产生与芯片上的微谐振器可以大大促进梳自参考的光学时钟和频率计量。此外，二阶和三阶非线性的存在导致复杂的腔动力学，这是很高的科学兴趣，但仍然远远没有得到很好的理解。在这里，我们证明了基波和二次谐波之间的相互作用可以提供一个全新的方式相位匹配的四波混频在光学微谐振器，使光学频率梳的产生在正常的色散制度，在通常禁止梳创建的条件下。我们推导出新的耦合时域平均场方程，并得到模拟结果与我们的实验观察表现出良好的定性协议。我们的研究结果提供了一种新的方法，克服色散限制同时克尔梳形成和二次谐波产生，这可能被证明是特别重要的，在近可见光到可见光的范围内，几个原子跃迁通常用于稳定的光学时钟的位置和大的正常材料色散可能占主导地位。
2016-11-20 physics.optics
Spectral Line-by-Line Pulse Shaping of an On-Chip Microresonator Frequency Comb
据我们所知，我们首次报告了微环谐振器中非线性波混合产生的光学频率梳的光谱相位表征和逐行脉冲整形。通过可编程脉冲整形，梳被压缩成\approx 300 fs持续时间（强度半高全宽）、595 GHz重复率的近变换限制脉冲的训练。另外，一个简单的例子，光学任意波形的产生。表征然后稳定地压缩频率梳的能力提供了关于谱相位的稳定性的新数据，并且表明由于频率相关相位的不相关变化而导致的随机相对频移处于或低于100微赫兹水平。
2011-03-11 physics.optics
On-Chip Interferometric Excitation of an Infinity-Loop Microresonator
University of Trento（特伦托大学）；Boston University（波士顿大学）
本文提出一种芯片内干涉激发方案，用于研究非厄密光子器件的相位依赖效应和相干控制。通过相位稳定的干涉路径，实现对微谐振器内能量分布的控制，提升环形功率至单端口激发的两倍。
2026-10-01 physics.optics
Synchronization of coupled optical microresonators
同步现象在自然科学中普遍存在，并为耦合非线性动力系统的行为提供了重要的见解。它还为通信、超导体和光子学等各种应用提供了强大的频率或时间锁定方法。在这里，我们报告的实验同步的两个耦合孤子锁模基于芯片的频率梳分开的距离为20米。我们表明，这样的系统服从普遍的Kuramoto同步模型，并且来自微谐振器的腔孤立子可以相干组合，从而克服了基于微谐振器的梳状结构的基本功率限制。这项研究可以显着扩大微谐振梳的应用，并与其大规模集成的能力，提供了一个基于芯片的光子平台，探索复杂的非线性系统。
2018-06-06 physics.optics
High-performance microresonator optical parametric oscillator on a silicon chip
光学参量振荡（OPO）的特点在于其波长接入，即，能够灵活地产生与泵浦激光器显著不同的波长的相干光，并且原则上仅受输入泵浦场和输出信号/闲频场之间的能量守恒的限制。随着社会在量子信息科学、计量学和传感领域采用先进的工具，微芯片OPO可能为访问相关波长提供重要路径。然而，实际的相干光源还应具有高转换效率和高输出功率。在这里，我们展示了一种具有前所未有的性能的硅光子OPO器件。我们的OPO器件，基于三阶（$χ^{(3)}$）的非线性氮化硅微谐振器，产生输出信号和闲频领域广泛分离彼此的频率（$>$ 150太赫兹），并表现出泵浦到闲频转换效率高达29 $\%$与相应的输出闲频功率为$>$ 18 mW的芯片。这种性能是通过抑制竞争过程和通过强烈的过耦合输出光来实现的。这种方法可以很容易地应用于现有的具有异质集成泵浦激光器的硅光子学平台，从而实现具有高输出功率和效率的宽波长范围内的灵活相干光生成。
2022-09-15 physics.optics
Engineered Raman Lasing in Photonic Integrated Chalcogenide Microresonators
硫系玻璃（ChG）由于其宽的透明性和高的非线性度，以及可以直接沉积在硅衬底上并形成图案的能力，是一种很有吸引力的集成非线性光子学材料。在非晶态材料中，它具有独特的拉曼效应。然而，在高品质和芯片集成ChG微谐振器的拉曼激光性能仍然是未开发的。在这里，我们展示了一个工程拉曼激光动态的基础上，国内开发的光子集成高Q值ChG微谐振器。在品质因数大于10^6的情况下，我们实现了集成平面光子平台中创纪录的低激光阈值3.25 mW。单模拉曼激光器和宽带拉曼克尔梳的观察和表征，这是依赖于我们的灵活的光子平台的色散和工程通过调整波导的几何尺寸。这种芯片级拉曼激光器的可调谐性也通过调谐泵浦波长和调谐芯片上的工作温度来证明。这允许在1615-1755 nm范围内的任意波长处获得单模激光。我们的研究结果可能有助于理解丰富的拉曼和克尔非线性相互作用的耗散和非线性微谐振器，并在应用方面，可能铺平了道路，芯片级高效拉曼激光器，这是非常需要在红外光谱应用。
2021-07-25 physics.optics
On-chip Single Nanoparticle Detection and Sizing by Mode Splitting in an Ultra-high-Q Microresonator
以高分辨率检测和测量单个纳米颗粒的能力对于理解单个颗粒的行为和有效利用其强大的尺寸依赖性来开发创新产品至关重要。我们报告的实时，原位检测和尺寸的单个纳米粒子，半径下降到30纳米，使用模式分裂在单片超高Q回音壁模式（WGM）微环谐振器。粒子结合将WGM分裂成两个光谱偏移的共振模式，形成自参考检测方案。该技术提供了卓越的噪声抑制，并能够在单次测量中提取准确的尺寸信息。我们的方法既不需要标记的颗粒，也不需要先验的信息，他们在介质中的存在，提供了一个有效的平台，研究纳米粒子在单粒子分辨率。
2009-12-01 physics.optics
Frequency combs and coherent dissipative structures in nonlinear optical microresonators
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Universität Hamburg（汉堡大学）；Laboratoire Temps-Fréquence, Université de Neuchâtel（纳沙泰尔大学时间频率实验室）；Swiss Federal Institute of Technology (EPFL)（瑞士联邦理工学院（洛桑联邦理工学院））
非线性光学微谐振器通过低功率连续波激光实现参数振荡，支持多种相干耗散结构，如耗散 Kerr 孤子和开关波，构成相干光学频率梳，光子芯片集成使其微型化。
2026-04-07 physics.optics
Visualization of nonlinear optics in a microresonator
本研究针对回音壁模式微谐振器中非线性光学过程空间定位受限的问题，提出利用短波红外相机捕获的散射图案直接可视化并区分不同非线性效应，对光子器件应用优化有重要意义。
2025-07-07 physics.optics
High-dimensional frequency-bin entangled photons in an optical microresonator on a chip
基于芯片级集成光源的量子频率梳是可扩展的、鲁棒的量子信息处理（QIP）的一个很有前途的候选方案。然而，为了将这些量子梳用于频域QIP，需要在频率基础上证明纠缠，表明纠缠光子处于多个频率仓的相干叠加中。我们提出了一个验证的qubit和qutrit频率仓纠缠使用一个片上的量子频率梳与40模式对，通过双光子干涉测量，是基于电光相位调制。我们的演示提供了一个重要的贡献，在建立集成的光学微谐振器作为一个源的高维频率仓编码的量子计算，以及密集的量子密钥分发。
2018-01-18 physics.optics quant-ph
Microresonator-Based Comb Generation without an External Laser Source
最近的发展表明，高Q值微谐振器中的参量四波混频（FWM）是产生光学频率梳的一种非常有前途和有效的方法，其应用包括光谱学、光学时钟、任意波形产生、频率计量和天文光谱仪校准。这些微谐振器平台中的每一个都利用了一种方案，其中系统由单频激光器在腔谐振下泵浦。该方案需要将泵浦波长调谐到谐振中，并且所产生的梳对泵浦功率或频率的波动敏感，这会破坏软热锁和梳的产生。我们展示了一种新型的光纤微谐振器双腔结构，由于其高态密度，优先振荡在微谐振器的模式，并产生强大的宽带梳（> 900 nm），而无需外部泵浦激光器。这种方案可以大大简化梳产生过程，并允许具有片上放大器的完全集成的芯片级源。
2013-05-22 physics.optics
Construction of various time-dependent Hamiltonians on a single photonic chip
本研究利用薄膜铌酸锂芯片上的单个高品质因数微环谐振器，通过电光调制和双色射频驱动构建可重构合成频率晶格，实现多种含时哈密顿量的模拟。
2024-08-01 physics.optics
Brillouin lasers in Bragg grating microresonators
本文通过在平面集成硫系微谐振器中写入可重构腔内布拉格光栅，利用光子带隙抑制级联布里渊散射，使BL振荡阈值提高至少六倍，并在399 mW泵浦功率下实现十阶级联的完全抑制，为高性能片上布里渊激光器提供了新平台。
2025-06-04 physics.optics
Globally stable microresonator Turing pattern formation for coherent high-power THz radiation on-chip
在连续波激光器驱动的非线性微谐振器中，利用Lugiato-Lefever方程研究了图灵斑图的高相干性和对扰动的鲁棒性。然而，图灵模式的失稳和向时空混沌的过渡限制了图灵辊中携带的可用能量，并阻止了它们的高相干性和对噪声的鲁棒性的进一步收获。在这里，我们报告了一种新的方案，以规避这种不稳定，通过将本地模式杂交的影响，并实现全球稳定的图灵斑图形成在芯片级非线性振荡器，实现创纪录的高功率转换效率为45%，并提高峰谷对比度为100。固定图灵模式在THz载波上的430 GHz范围内可离散调谐，测量的分数频率边带非均匀性为7.3x10^-14。我们通过超快光学相关技术证明了图灵辊在不同演化阶段的微波和光学相干性。自由运行的图灵滚相干性，在200 ms内9 kHz和在20分钟内160 kHz，被转移到等离子体光混合器上，用于在室温下最高功率的THz相干产生之一，具有1.1%的光到THz功率转换。通过简单的计算机辅助慢反馈控制，其长期稳定性可以进一步提高两个数量级以上，在100 s时达到6 × 10 ^-10的阿伦偏差。所展示的片上相干高功率Turing-THz系统有希望在天体物理学、医学成像和无线通信中找到应用。
2017-04-25 physics.optics
Mode-locked ultrashort pulse generation from on-chip normal dispersion microresonators
我们描述了从片上正常色散微谐振器中产生稳定的锁模脉冲序列。模间相互作用引起的局域色散扰动有利于超参量振荡的激发。然后通过控制泵浦功率和失谐量，将系统从超参量振荡驱动到谱宽超过200 nm的锁模状态。在连续波驱动的非线性下，脉冲位于基座上，类似于腔孤子。我们确定的重要性，泵浦失谐和波长相关的品质因数在稳定和整形的脉冲结构，实现一个单一的脉冲内的腔。我们通过数值求解主方程来研究锁模动力学，并在适当的近似下提供解析解。
2015-01-12 nlin.PS physics.optics
Laser diode self-injection locking to an integrated high-Q Fabry-Perot microresonator
本研究将自注入锁定技术扩展到芯片集成高Q值法布里-珀罗微谐振器，通过理论模型与实验验证，实现了受基本热折射噪声限制的窄线宽激光器，与理论高度一致，助力芯片级低噪声激光系统。
2024-11-07 physics.optics
Ultrahigh-$Q$ on-chip silicon-germanium microresonators
我们展示了全结晶，单模MEMS品质因数集成微谐振器，包括外延生长的硅$_{0.86}$锗$_{0.14}$波导芯与硅包层。这些波导支持与内部$Q >10^8$的谐振，用于两种偏振模式，与现有集成Si光子平台相比，几乎有数量级的改进。对于横向磁（TM）偏振模式，最大$Q$为$1.71\pm0.06 \times 10^8$，对应于$0.39\pm0.02$ dB/m的损耗。再加上硅的强克尔非线性和低损耗的光学，微波和声学制度，我们的研究结果可能会导致硅$_{1-x}$锗$_x$ /硅架构解锁重要的新途径克尔频率梳，光学力学和量子转换。
2021-11-19 physics.app-ph physics.optics
Soliton microcombs in X-cut LiNbO3 microresonators
针对X切薄膜铌酸锂平台拉曼非线性阻碍孤子微梳产生的问题，通过调整跑道形微谐振器取向抑制拉曼非线性，实现了25 GHz重复频率的横电极化孤子微梳，脉冲泵浦下光谱扩展至350 nm，为单片集成快速可调自参考微梳奠定基础。
2025-02-11 physics.optics
Ultralow-power chip-based soliton microcombs for photonic integration
在光学微谐振器中产生的耗散克尔孤子提供了一条途径，以紧凑的频率梳的高重复率，这已经被用于光学频率合成器，超快测距，相干通信和双梳光谱。氮化硅（Si $_3$ N $_4$）微谐振器是一种很有前途的光子集成孤子微梳。迄今为止，由于低质量（$Q$）因素，以及由于需要使用频率捷变激光器来访问孤子状态的热效应，以通常小于100 GHz的电子可检测重复率在Si $_3$ N $_4$微谐振器中形成孤子受到外部功率放大器的要求的阻碍。这些要求使得基于Si $_3$ N $_4$微谐振器的孤子微梳器件与其他有源或无源部件的异质或混合的未来光子集成复杂化。在这里，使用的光子大马士革回流过程中，我们展示了超低功率单孤子形成高Q（$Q_0>15\times10^6$）硅$_3$ N $_4$微谐振器与9.8 mW的输入功率（6.2 mW的波导）的电子检测，99 GHz的重复率的设备。我们表明，孤子可以通过简单的，缓慢的激光压电调谐，在同一个样品中的许多谐振。这些功率水平与当前基于硅光子学的激光器兼容，用于孤子微梳的完全光子集成，重复率适合于超快测距和相干通信等应用。我们的研究结果表明，硅$_3$ N $_4$光波导的技术准备为未来的全芯片孤子微梳器件。
2018-10-04 physics.optics
Kerr-microresonator solitons for accurate carrier-envelope-frequency stabilization
光脉冲的载波包络相位稳定可以通过直接光频合成、绝对光-微波相位转换和超快波形控制实现精密测量。我们报告这样的相位稳定克尔微谐振器频率梳集成在硅芯片上，并验证其分数频率不准确度在<3 × 10 -16。我们的工作介绍了一个互锁克尔梳配置包括一个氮化硅和一个二氧化硅微谐振器，其特点是近谐波重复频率，可以用一个激光器产生。这些频率梳支持超快激光制度，具有几个光周期，1皮秒周期的孤子脉冲和170 THz的总色散波增强带宽，同时在光学和微波域之间提供稳定的相位链接。为了适应低功耗和移动应用平台，我们的锁相频率梳系统的芯片耦合功率小于250 mW。我们的工作建立克尔微谐振器梳作为一个可行的技术，如光学原子计时，光学合成和相关方向的应用。
2017-11-20 physics.optics
Octave Spanning Frequency Comb on a Chip
光学频率梳在过去的十年里已经彻底改变了频率计量领域，并已成为原子钟，气体传感和天体物理光谱仪校准的使能工具。应用数量的迅速增加提高了人们对更紧凑的梳状波发生器的兴趣。基于光学微谐振器的梳状发生器在这方面有希望。然而，它们未来用作“频率标记”的关键是光学梳谱的绝对频率稳定性。一个强大的稳定技术是自参考，这需要一个频谱，跨越一个完整的倍频程，即一个因子的频率。在锁模激光器的情况下，只有随着用于超连续谱产生的光子晶体光纤的出现，才有可能克服有限的带宽。在这里，我们报告的第一次直接从硅芯片上的环形微谐振器的倍频程跨越频率梳的产生。梳状谱覆盖从990 nm到2170 nm的波长范围，并且从与超高Q微谐振器的模式相互作用的连续波激光器中检索，而不依赖于外部加宽。所产生的频率梳在超过整个自由频谱范围的带宽完全可调谐性证明。这允许将频率梳模式定位到梳带宽内的任何期望频率。从微谐振器梳状发生器获得倍频程跨越光谱的能力代表了在芯片上实现射频到光链路的关键一步，这可以将计量领域与微米和纳米光子学统一起来，并使全新的设备能够将频率计量带入紧凑应用的芯片规模设置中，例如基于空间的光学时钟。
2009-12-24 physics.optics
Optically reconfigurable quasi-phase-matching in silicon nitride microresonators
在集成光子学中引入有效的二阶非线性效应是一项重要的任务，其动机是实现芯片上所有可能的光学功能。这样的任务已经证明在硅光子学中特别具有挑战性，因为最适合于光子集成的材料缺乏二阶极化率（$χ^{(2)}$）。在这种材料中诱导有效的$χ^{(2)}$的方法最近开辟了新的机会。在这里，我们提出了光学可重构准相位匹配的大半径Si $_3$ N $_4$微谐振器，从而在mW级的片上二次谐波产生的功率。最重要的是，我们表明，这种全光极化可以发生不受约束的模间相位匹配，导致广泛可调谐的二次谐波产生。我们确认的现象，通过双光子成像内的微谐振器的刻$χ^{(2)}$光栅结构，以及通过动态跟踪的泵和二次谐波模式的谐振。这些结果明确地建立，光电效应，负责全光极化，可以克服相位失配的限制，即使在谐振系统中，同时允许输出功率和可调谐性的组合记录。
2021-03-18 physics.optics
Microresonator-based high-resolution gas spectroscopy
近年来，基于微谐振器的光学频率梳由于其宽带发射和高梳功率，为发展芯片上的光谱实验室创造了机会。然而，由于模式间隔通常在10 - 1000 GHz的范围内，实现适用于气相光谱的基于芯片的高分辨率光谱仪已被证明是困难的。在这里，我们展示了基于微谐振器的频率梳在16 GHz以上通过同时调谐泵浦激光器和腔谐振的无跳模调谐。我们通过演示乙炔的气相分子指纹来说明这种扫描技术的能力，在中红外45太赫兹的光学带宽上具有< 80 MHz的高光谱分辨率。我们的技术代表了向具有梳状线宽给出的最终光谱分辨率的片上气体传感迈出的重要一步。
2017-07-12 physics.ins-det physics.optics
Dynamics of soliton self-injection locking in a photonic chip-based microresonator
孤子微梳构成了芯片级的光学频率梳，并且具有影响从频率合成和电信到天文学的无数应用的潜力。通过将泵浦激光器自注入锁定到微谐振腔中来实现孤子的形成，大大放宽了对外部驱动激光器的要求。然而，迄今为止，这一进程的动态尚未得到充分理解。先前的自注入锁定模型无法解释足够大的失谐，孤子形成的关键。在这里，我们开发了一个理论模型的自注入锁定的非线性微谐振器（非线性自注入锁定）的第一次，并表明，自和交叉相位调制的顺时针和逆时针光使孤子的形成。使用集成的孤子微梳直接检测的30 GHz的重复率，组成的DFB激光器自注入锁定到Si3N4微谐振器芯片，我们研究了孤子形成动力学通过自注入锁定，以及重复率的演变，实验。我们揭示了微谐振腔中的克尔非线性显著地改变了锁定动力学，使激光发射频率红失谐。我们提出并实现了一种新的技术，用于测量非线性频率调谐曲线和实时观察微梳状态切换。
2020-11-20 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
On-chip microwave-to-optical quantum coherent converter based on a superconducting resonator coupled to an electro-optic microresonator
我们提出了一种能够将微波直接量子电光转换为可见光子的器件结构。该混合系统由一个平面超导微波电路耦合到一个集成的回音壁模式的电光材料制成的微谐振器。我们表明，电光（真空）耦合率$g_0$高达$\sim 2π\, \mathcal{O}(10-100)$ kHz是可实现的，与目前可用的技术，由于小模式体积的平面微波谐振器。在毫开尔文温度下工作，这种转换器将能够将微波高效转换为光子。我们分析了增加的噪声，并表明，最大的转换效率是实现了多光子合作的单位，可以达到与光功率低至$ \mathcal{O}(1)\,\mathrm{mW} $。
2016-08-07 physics.optics quant-ph
Chip-scale nanostructured chaotic billiards for broadband speckle spectrometry
Institute of Photonics, University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学光子学研究所）
该研究提出基于体育场微谐振器中波混沌的宽带重建光谱仪用于光谱分析，通过纳米结构散射层全区域散斑读出，经波长相关干涉编码光谱信息并计算反转重建光谱，实验验证了其在多波长的高分辨率，确立其为片上光谱传感的强大通用平台。
2026-07-09 physics.optics
Efficient frequency conversion in a degenerate $χ^{(2)}$ microresonator
光子芯片上的微谐振器可以增强非线性光学效应，从而有望实现可扩展的高效频率转换器件。然而，满足多个波长之间的相位匹配条件仍然是一个重大的挑战。在这里，我们提出了一个可行的方案，只需要两个模式的相位匹配条件的退化和频转换。当驱动和信号都接近谐振到同一个电信模式时，实现了高达42%的有效的片上光子数转换效率，显示出超过250GHz的宽调谐带宽。此外，观察到级联的Pockels和Kerr非线性光学效应，使得能够在单个器件中将光信号参量放大到不同的波长。在这项工作中展示的方案提供了一种替代方法来实现高效率的频率转换，是有前途的通信，原子钟，传感和成像的未来研究。
2020-11-20 physics.optics
Universal Kerr-thermal dynamics of self-injection-locked microresonator dark pulses
Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学量子科学和工程研究院）；International Quantum Academy（国际量子学院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）；Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）
研究揭示了半导体激光自注入锁定到硅氮化物微谐振器的 Kerr-热动力学，实现了低噪声光子微波生成。
2025-06-18 physics.optics
Quadrature squeezing in a nanophotonic microresonator
针对集成光子学产生压缩光面临的寄生非线性与损耗难题，研究人员在带纳米波纹的氮化硅光子晶体微腔中，通过简并双泵浦自发四波混频实现7.8 dB片上单模正交压缩，为集成压缩光源应用提供新路径。
2025-02-24 physics.optics quant-ph
Stokes microcombs in silicon nitride microresonators
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立罗蒙诺索夫大学）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
本文首次在正常色散氮化硅微环谐振腔中观测到斯托克斯微梳，揭示了克尔与拉曼非线性相互作用机制，实现了两种梳态的可控切换，并通过数值模型验证了拉曼诱导 platicon 形成，为新型光子器件奠定基础。
2025-11-07 physics.optics
A Versatile Chip-Scale Platform for High-Rate Entanglement Generation using an AlGaAs Microresonator Array
提出一种基于AlGaAs微环谐振器阵列的芯片级平台，通过复用20个小半径谐振器克服纠缠生成的速率-密度权衡，实现了高保真度、高纯度及高生成率的光子纠缠与频率-bin量子比特编码。
2024-12-20 physics.optics quant-ph
Thermo-refractive noise in silicon nitride microresonators
热力学噪声对介质光谐振器的频率稳定性有着根本的限制。在这里，我们提出了在光子芯片为基础的氮化硅微谐振器的热折射噪声的表征，并表明，热折射噪声是占主导地位的热噪声源的平台。采用平衡零差法测量了不同直径微谐振器的热折射噪声谱。测量结果与理论模型和有限元模拟结果吻合良好。我们的表征集的缩放和绝对幅度的热噪声在光子芯片为基础的微谐振器的定量界限。对热折射噪声的进一步理解可以在未来光子集成器件的设计考虑和性能限制中证明是有价值的。
2019-01-21 cond-mat.stat-mech physics.optics
Photonic chip based optical frequency comb using soliton induced Cherenkov radiation
通过对色散工程的平面氮化硅微谐振器的连续波泵浦，产生了连续循环的亚30 fs的短时耗散孤子，其对应于6个光周期的脉冲，并在谱域中构成了相干的光学频率梳。发射孤子引起的切伦科夫辐射所造成的高阶色散拓宽了光谱带宽的倍频程的2/3，足以自参考，在最近的理论预测和最广泛的相干微谐振器频率梳产生的日期非常一致。在进一步的步骤中，该频率梳被完全相位稳定。使用孤子诱导的切伦科夫辐射在宽光谱带宽上保持相干性的能力标志着平面光学频率梳发展的关键里程碑，一方面使得能够在例如相干通信、宽带双梳光谱和拉曼光谱成像中应用，而另一方面显著放宽了宽带微谐振器频率梳的色散要求在可见光和紫外线下生成。我们的研究结果强调了平面微谐振器频率梳技术的实用性和有效性，它提供了超越专业实验室的频率计量的潜力。
2015-09-08 physics.optics
Versatile and reconfigurable integrated silicon nitride photonic microresonator
Southeast University（东南大学）；Soochow University（苏州大学）
提出一种基于双星轨道架构的多功能可重构双偏振Si3N4微环谐振器，通过可调谐Mach-Zehnder干涉仪实现三种拓扑动态切换，支持偏振多样化操作并展现丰富物理现象，为片上光谱仪和拓扑物理提供新平台。
2025-09-16 physics.optics
Dual-pumped degenerate Kerr oscillator in a silicon nitride microresonator
本文在氮化硅微腔中利用双失谐泵浦和正常色散区四波混频实现简并参量振荡，理论证明可产生类χ(2)简并OPO的双模相位态，为CMOS相干光计算和全光量子随机数生成提供新途径。
2015-10-17 physics.optics
Five-Partite Entanglement Generation in A High-Q Microresonator
我们提出在高Q微谐振器中通过级联四波混频产生五体纠缠，这可能成为未来单向量子计算的关键。一个理论模型，提出了潜在的连续变量之间的纠缠所产生的梳状模式，是可扩展到更复杂的情况。我们分析了当van Loock和Furusawa准则被违反时的纠缠条件，并讨论了潜在的实验实现的设备参数，可以用来建立一个集成的紧凑的五部纠缠发生器。该方法为未来大规模集成全光量子计算的片上实现展现了巨大的潜力。
2015-01-03 physics.optics quant-ph
Silicon-Chip Mid-Infrared Frequency Comb Generation
光学频率梳由于其窄线宽和精确的频率间隔而代表了高精度光谱学的革命性技术。由于在中红外（IR）光谱区域（2-20 μ m）中存在大量气体吸收线，因此在该波长区域中产生这样的梳是非常令人感兴趣的。最近，频率梳已经在几个平台中在MIR中被展示，包括光纤梳、锁模激光器、光学参量振荡器和量子级联激光器。然而，这些平台要么相对庞大，要么难以集成在芯片上。在微谐振器中使用参数混合的替代方法是非常有前途的，因为平台非常紧凑并且可以以相对低的功率操作。然而，材料和色散工程的限制已经阻止了超过2.55 μ m的微谐振器梳状源的实现。虽然硅原则上可以提供CMOS兼容平台，用于深入中红外的片上梳产生，但迄今为止，硅的线性和非线性损耗已经阻止了基于微谐振器的梳源的实现。在这里，我们克服了这些限制，并实现了从2.1微米到3.5微米的宽带频率梳，并证明其作为光谱传感平台的可行性。这样的平台是紧凑和鲁棒的，并且提供了在实验室环境之外用于诸如大气气体条件的实时监测的应用的通用和耐用的潜力。
2014-08-05 physics.optics
Control of Second Harmonic Generation in Doubly Resonant Aluminum Nitride Microrings to Address Rubidium Two-Photon Clock Transition
随着越来越多的光子学应用向集成片上平台过渡，微谐振器中的非线性光学效应得到了广泛的研究。微谐振器具有光损耗低、模体积小等优点，是二次谐波发生（SHG）的最佳平台。然而，这种基于微谐振器的器件的工作带宽相对较小，这对需要解决特定目标波长的应用提出了挑战。在这项工作中，我们分析了相位匹配窗口和谐振波长相对于不同的微米宽度，半径和温度。制作了一个具有精确设计参数的芯片，实现了85-铷原子双光子跃迁波长的相位匹配。该方法可以推广到具有皮米精度的电信波段的任何目标泵浦波长。
2018-05-16 physics.optics
Spectral engineering of optical microresonators in anisotropic lithium niobate crystal
本文提出一种梯度设计方法，在铌酸锂晶体中实现了光学微腔的频谱工程，实验验证了可控频率分裂并保持高Q因子，为电光梳频谱控制和新物理探索开辟了新途径。
2024-01-03 physics.optics
Fabrication of three-dimensional microdisk resonators in calcium fluoride by femtosecond laser micromachining
我们报道了利用水辅助飞秒激光微加工技术在芯片上制作氟化钙（CaF2）微盘谐振器。聚焦离子束（FIB）铣削用于产生超光滑侧壁。在1550 nm附近测得所制造的微谐振器的品质（Q）因子为4.2 × 10^4。的Q因子主要是有限的从磁盘的粗糙度仍然很高，由于飞秒激光微加工过程的底部表面的散射。该技术有利于在各种体晶材料上形成片上微谐振器，这可以有益于广泛的应用，例如非线性光学、量子光学和光子器件的芯片级集成。
2014-01-13 physics.optics
Optical neuromorphic computing based on chaotic frequency combs in nonlinear microresonators
本研究提出一种利用光学微腔中混沌光频梳作为非线性储备的无延迟线储备计算新方案，通过高Q因子增强高维非线性映射，无需专门优化即可准确预测约一千个混沌符号，为设计片上可集成、高速低功耗的光学神经形态架构奠定基础。
2025-01-28 physics.optics
Continuous scanning of a dissipative Kerr-microresonator soliton comb for broadband, high resolution spectroscopy
耗散克尔微谐振器孤子梳（以下简称孤子梳）具有高精度、宽光谱覆盖范围和与微米/毫米/太赫兹（micro/mm/THz）域的相干连接等优点，有望实现全孤子梳系统的芯片级集成，具有广泛的应用前景。然而，大的孤子梳间距阻碍了一些应用。例如，对于光谱应用，根本没有足够的梳状线可用于充分覆盖几乎任何相关的吸收特征。在这里，我们克服了这个限制，通过扫描梳状模间距采用PDH锁定和微加热器上的微谐振器，显示连续扫描的孤子梳状模几乎整个FSR的微谐振器，而不会失去孤子操作，而频谱特性与小的带宽为5 MHz的解决。因此，梳状模式扫描允许仅用一个芯片级梳来覆盖数十THz带宽的整个梳状模式频谱。
2019-07-29 physics.app-ph physics.optics
Soliton Microcombs in Integrated Chalcogenide Microresonators
光子集成微梳在光通信、微波合成和光学计量等领域有着广泛的应用，它揭示了腔增强非线性过程下的光耗散孤子模式。微梳的决定性因素在于光子材料平台，这对高非线性和高质量芯片集成能力的材料提出了很高的要求。本文介绍了一种用于非线性光子集成和产生耗散孤子微梳的硫系玻璃--Ge 25 Sb 10 S65（GeSbS）。与现有的集成非线性平台相比，GeSbS具有从可见光到11 μ m范围内更宽的透过率、更强的非线性和更低的热折射系数，并且与CMOS工艺兼容。在这个平台上，我们实现了芯片集成的光学微谐振器的质量（Q）因子超过2 × 10^6，并进行光刻控制的色散工程。特别是，我们证明了一个明亮的孤子为基础的微梳和暗脉冲梳产生在一个单一的微谐振器，在其分离的基本偏振模式的家庭在不同的色散制度。总泵浦功率为10毫瓦级，由微谐振器的高Q因子和高材料非线性决定。我们的研究结果可能有助于非线性光子学领域的高度紧凑和高强度的非线性相互作用的替代材料平台，而在应用方面，有助于在低操作功率的孤子微梳的发展，这是潜在的单片集成光学频率梳。
2022-02-12 physics.optics
Raman lasing and soliton modelocking in lithium-niobate microresonators
最近在绝缘体上的锂氧化物（LNOI）技术的进步正在彻底改变光电行业，因为由于结构中的高光学限制，可以实现更高性能、更低功耗和更小占地面积的器件。LNOI平台提供了大的\c{hi}（2）和\c{hi}（3）非线性以及色散工程的能力，使全新的非线性光子器件和应用成为下一代集成光子电路。然而，拉曼散射，最重要的非线性现象之一，还没有得到广泛的研究，也不是它在色散工程LNOI纳米器件的影响。在这项工作中，我们通过选择性激发拉曼激活声子模来表征单片锂酸盐（LN）微谐振器中的拉曼辐射光谱。值得注意的是，拉曼振荡的主导模式是在向后的方向上观察到的连续波泵浦阈值功率为20 mW，据报道最高差分量子效率为46%。此外，我们还研究了喇曼散射对克尔光学频率梳产生的影响。我们实现了，第一次，孤子锁模的X切LNOI芯片通过充分抑制拉曼效应，通过腔的几何形状控制。我们对拉曼效应的分析为未来在LNOI平台上开发基于芯片的光子器件提供了指导。
2019-08-31 physics.optics
Dissipative Kerr solitons in optical microresonators
本章描述了在连续波（CW）激光驱动的光学微谐振腔中时间耗散克尔孤子的发现和稳定产生。讨论了这类亮孤子的实验特征及其时间和光谱特性。此外，分析和数值描述，不仅再现定性特征，但也可以用来准确地建模和预测实验系统的特性。特别强调的是与光学频率梳产生相关的时间耗散克尔孤立子，因为它们特别重要。这里，一个例子是由孤子的超短脉冲性质实现的光谱展宽和自参考。另一个例子是在集成芯片上微谐振器中的耗散克尔孤子形成，其中色散波的发射允许直接产生具有平滑频谱包络的前所未有的宽带和相干孤子频谱。
2015-08-20 physics.optics
Counting the Cycles of Light using a Self-Referenced Optical Microresonator
利用飞秒锁模激光频率梳将光学频率与射频相位相干地连接起来，从而能够对光的周期进行计数，并且是光学时钟、绝对频率合成、基础物理测试和改进的光谱学的基础。使用光学微谐振器频率梳在光学频率和微波频率之间建立相干链路将把光学频率合成和测量扩展到需要紧凑形状因子、片上集成和微波区域中的梳线间距的领域，包括相干电信、天体物理光谱仪校准或微波光子学。在这里，我们展示了微波光链路的微谐振器。在超高Q晶体微谐振器中使用时间耗散的单孤子状态，该晶体微谐振器在高度非线性光纤中加宽，产生自参考的光学频率梳，允许相位相干地将190 THz光学载波直接链接到14 GHz微波频率。我们的工作表明，精密的光频率测量可以实现紧凑的高Q值微谐振器。
2015-08-06 physics.optics
Photorefraction-assisted self-emergence of dissipative Kerr solitons
本研究提出光折变辅助的铌酸锂微谐振腔孤子自涌现方案，利用光折变效应扩展孤子存在范围，实现自发确定的单孤子生成，具备抗扰、长时无反馈运行特性，结合预编程DFB激光器实现一键生成，为紧凑型孤子微梳器件及相关应用奠定基础。
2023-05-04 physics.optics
Dark-Bright Soliton Bound States in a Microresonator
微谐振器中耗散克尔孤子的发现促进了全相干、芯片级频率梳的发展。此外，在正常色散区的微谐振腔中观察到了暗孤子脉冲。本文报道了微谐振腔中相互俘获的暗-亮孤子对的束缚态。孤子对是由两个色散相反但群速度相近的模产生的。一个激光器工作在反常色散区产生亮孤子微梳，而另一个激光器工作在正常色散区通过克尔诱导的与亮孤子的交叉相位调制产生暗孤子。数值模拟与实验结果吻合良好，揭示了一种新的产生暗孤子脉冲的机制。暗孤子和亮孤子的捕获可以导致光态具有恒定输出功率的有趣特性，同时在光谱上类似于频率梳。这些结果对于通信系统，频率梳应用，超快光学和原子物理学中的孤子态具有重要意义。
2021-04-27 physics.optics
Widely FSR tunable high Q-factor microresonators formed at the intersection of straight optical fibers
本研究提出一种在直光纤交叉处形成的新型高Q微谐振器，通过光纤小角度旋转（1-15毫弧度）实现FSR从2皮米到10皮米的宽调谐，具备低应力、易小型化及MEMS集成潜力，可应用于可调延迟线等器件。
2025-04-14 physics.optics
