Ultra-Short Pulse Biphoton Source in Lithium Niobate Nanophotonics at 2$\textμ$m
本文在色散工程化的周期性极化铌酸锂纳米光子学中演示了中心波长2.09 μm、带宽17 THz、亮度8.8 GHz/mW的飞秒双光子源，为可扩展超快量子信息处理开辟了新路径。
2024-06-10 physics.optics quant-ph
Ultrafast neuromorphic computing with nanophotonic optical parametric oscillators
本文提出了一种基于薄膜铌酸锂光学参量振荡器的超快纳米光子类脑处理器，利用非线性延迟动力学构建深度循环神经网络，在约10 GHz时钟频率下实现超93%准确率及亚纳秒级低延迟，避免了光电转换，为全光类脑计算铺路。
2025-01-28 physics.optics
Mode-locked laser in nanophotonic lithium niobate
本研究通过将纳米光子铌酸锂与III-V族半导体光放大器混合集成，实现了电泵浦主动锁模激光器，其脉冲性能优异且频率梳参数可调，推动了全集成超快光子系统的发展。
2023-06-09 physics.optics
Plasmonic crystals for ultrafast nanophotonics: Optical switching of surface plasmon polaritons
我们证明，表面等离子体激元的色散在周期性穿孔的金膜可以有效地操纵飞秒激光脉冲的波长远离本征共振的金。使用时间和频率分辨的泵浦探测技术，我们观察到移动的等离子体极化激元共振的响应时间从200到800 fs取决于探测光子的能量，通过它，我们获得了全面的洞察电子动力学在金。我们发现，在0.5 mJ/cm ^2的中等泵浦能量密度下，光学光谱中的伍德异常在差分透射和反射中提供了显著的共振，其幅度高达3%。
2011-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Large-scale time-multiplexed nanophotonic parametric oscillators
本文在单个铌酸锂纳米光子芯片上实现70个独立运行、阈值仅几皮焦的大规模时间复用光学参量振荡器，并支持可编程全对全耦合，为超快经典与量子信息处理提供新平台。
2024-05-27 physics.optics
Ultrafast All-Optical Measurement of Squeezed Vacuum in a Lithium Niobate Nanophotonic Circuit
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
本研究在铌酸锂纳米光子电路中利用光学参量放大实现压缩真空的全光Wigner层析成像，通过色散工程获得超宽带宽，理论时钟速度达6.5太赫兹，为集成室温平台上的超快全光量子信息处理奠定基础。
2025-10-23 physics.optics quant-ph
Optimizing for a Near Single-Mode Type-0 Optical Parametric Amplifier in Nanophotonics
本文通过优化波导尺寸、极化图案、泵浦波长和脉冲持续时间，在薄膜铌酸锂平台上实现了光谱纯度0.982的近单模Type-0光学参量放大器，并证明其可用于超快量子随机数发生器。
2025-01-06 physics.optics
Two-optical-cycle pulses from nanophotonic two-color soliton compression
California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究突破集成光子学瓶颈，在铌酸锂纳米结构中利用二次双色孤子动力学实现两光周期脉冲压缩，仅3pJ输入即可产生2μm波段~13fs脉冲，为片上单周期超快系统提供路径。
2025-02-18 physics.optics
Femtojoule, femtosecond all-optical switching in lithium niobate nanophotonics
光学非线性函数在集成光子学的各种应用中至关重要，如全光信息处理、光子神经网络和片上超快光源。由于大多数集成光子平台中的弱非线性，实现光学非线性功能通常需要皮焦耳级或更高的大驱动能量，因此对大多数应用施加了障碍。在这里，我们解决了这一挑战，并展示了一个集成的非线性分束器设备在锂钛酸盐纳米波导的色散和准相位匹配的同时工程。我们实现了非谐振全光开关，具有低至数十毫微微焦耳的超低能量，近18 fs的瞬时开关时间，以及大于5 dB的大消光比。我们的非线性分配器同时实现开关操作，并具有最先进的开关能量-时间积低至$1.4 \times10^{-27}$ J $\cdot$ s。我们还展示了一条通过进一步优化器件几何结构实现阿焦耳级全光开关的途径。我们的研究结果可以实现片上超快和节能的全光信息处理，计算系统和光源。
2021-07-21 physics.optics
Energy-Efficient Ultrashort-Pulse Characterization using Nanophotonic Parametric Amplification
本文提出一种基于纳米光子参量放大的新型FROG技术，利用色散工程简并光学参量放大器的高增益带宽，实现节能的片上超短脉冲表征，门脉冲能量比体光学低几个数量级。
2025-01-19 physics.optics
Multipolar nonlinear nanophotonics
非线性纳米光子学是一个快速发展的领域，在非线性纳米天线、光源、纳米激光器、传感器和超快微型元器件的设计中具有许多有用的应用。共振光子纳米结构中局部电磁场的严格限制可以增强非线性光学效应，从而为光的亚波长控制提供了多方面的机会。为了实现所需的功能，必须灵活控制纳米结构的近场和远场特性。因此，模态和多极分析被广泛用于工程非线性散射共振纳米级元件，特别是用于增强近场相互作用，剪裁远场多极干涉，和优化的辐射方向性。在这里，我们回顾了最近出现的研究领域的最新进展，从金属结构表现出局部等离子体共振混合金属介电和全电纳米结构驱动的米氏型多极共振和光致磁响应。
2016-09-07 physics.optics
Ultrafast dynamics of surface plasmon nanolasers with quantum coherence and external plasmonic feedback
Spasers已被理论预测和实验观察，并有望提供新的令人兴奋的纳米光子和生物医学应用。本文从理论上研究了具有外等离子体反馈的超快激光的动力学性质。我们认为spaser作为一个纳米级的源和等离子体激元，可用于设计新的纳米成像和传感技术的检测器。我们表明，与传统的激光器，spasers是敏感的外部反馈。然而，与激光器不同，spasers具有更快的弛豫动力学，可用于开发新的超灵敏近场成像技术。我们研究了Spaser弛豫振荡对反馈参数的依赖性，并表明量子相干性可以用来增加反馈的灵敏度。
2014-10-10 physics.optics
Epsilon-Near-Zero Al-Doped ZnO for Ultrafast Switching at Telecom Wavelengths: Outpacing the Traditional Amplitude-Bandwidth Trade-Off
透明导电氧化物由于其低的光学损耗、类金属行为、多功能/可定制的光学性质和既定的制造工艺，最近作为用于纳米光子学的CMOS兼容材料获得了极大的关注。特别是，铝掺杂氧化锌（AZO）是非常有吸引力的，因为它的介电常数可以在近红外和红外的宽范围内设计。然而，尽管有所有这些有益的特征，这些化合物典型的慢（> 100 ps）电子-空穴复合时间仍然代表阻碍超快光学调制的基本限制。报道了第一种ε-近零AZO薄膜，它在1.3 μm远距离波长下，在很低的泵浦能量密度（< 4 mJ/cm ~ 2）下，同时表现出超快的载流子动力学（激发和复合时间低于1 ps）和高达40%的反射率调制。所展示的AZO薄膜的独特性质是低温制造过程促进氧空位和超高载流子浓度的结果。作为概念验证，数值模拟了一种基于AZO的全光等离子体激元调制器，实现了7.5 μm波长的3dB调制，工作在THz频率。我们的研究结果克服了传统的“调制深度与速度”的权衡至少一个数量级，AZO是最有前途的化合物之一，可调/可切换的纳米光子学。
2015-03-26 physics.optics
Ultrafast dephasing of light in strongly scattering GaP nanowires
我们证明了超快退相的随机传输光通过一个层组成的强散射GaP纳米线。移相导致单个伪模的非线性强度调制，其比体GaP的强度调制大100倍。不同的贡献，非线性响应分离使用总传输，白光频率相关性，和统计伪模分析。发现退相时间为$1.2\pm 0.2$ ~ps，与包括光致吸收和单个散射体形变的数值模型计算结果定量一致。光子本征模的非线性退相为随机激光器、纳米光子开关和光子定位的超快控制开辟了途径。
2011-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast modulation of guided-mode resonance in a nonlinear silicon nitride grating
本文利用厚度小于300 nm的氮化硅介质光栅中的导模共振，将光学克尔效应增强超过三个数量级，实现共振幅度超50%的调制及透射开关切换，并展示动态脉冲整形能力，为自由空间全光器件发展提供新方向。
2024-09-02 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast single-photon detection based on optical Kerr gates at GHz rates
单光子的超快探测目前受到可用单光子探测器的有限时间分辨率（几皮秒）的限制。光闸提供更快的时间分辨率，但到目前为止，它们主要应用于发射器的集合。在这里，我们通过一个半解析模型证明，单量子发射器的超快时间分辨检测可以使用光学克尔快门（OKS）在GHz速率下聚焦照明。这种技术提供了亚皮秒的时间分辨率，同时保持门效率在85%左右。这些发现为未来单量子发射体超快动力学的实验研究奠定了基础，并对量子纳米光子学和分子物理学产生了影响
2020-10-14 physics.optics quant-ph
Nonlinear Maxwell's Equations as a Boundary Value Problem in Multilayer Nanophotonics
State Key Laboratory for Artificial Microstructure and Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室及纳米光电前沿科学中心）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
本文提出结合转移矩阵法与迭代格林函数法的统一框架，将线性多层响应作为边界条件纳入非线性边值问题自洽求解，经两个示例验证，可关联纳米光子设计与超快非线性动力学。
2026-08-20 physics.optics
Active Nanophotonics
纳米纤维的最新进展导致了纳米光子学的巨大技术发展，纳米光子学依赖于光与纳米结构物质的相互作用。近年来，从基础研究到应用技术，纳米光子学受到了广泛的关注。超快速度下的极低能量数据处理的重要性日益增加，这鼓励了将光用于信号传输和处理。能量需求和相互作用时间尺度随着纳米结构的物理尺寸而变小，因此纳米光子学开启了集成大量设备的机会，这些设备可以以超快速度和低于毫微微焦耳/位能级生成、控制、调制、感测和处理光信号。然而，损耗和衍射对纳米光子结构将光有效地限制在越来越小的体积中的基本能力提出了根本挑战。在这个框架下，主动纳米光子学结合了纳米技术的最新进展与增益材料，近年来已成为光学研究的一个重要领域，无论是从物理学，材料科学和工程的角度来看。在本文中，我们回顾了最近的努力，使有源纳米器件的激光和光源，损耗补偿，并实现新的光学功能，如PT对称性，例外点和非平凡的激光的基础上适当设计的增益和损耗的纳米结构的分布。
2020-03-25 physics.app-ph physics.optics
Low-Symmetry Nanophotonics
光子学和光电子学是从高速互联网到人工智能系统、汽车激光雷达和光学量子计算等广泛技术的基础。光使超快的速度和低能量的全光学信息处理和传输，特别是当被限制在纳米级，在光与物质的相互作用揭示新的现象，局部对称性的作用变得至关重要。在这个角度来看，我们讨论了对称违规如何提供独特的机会，纳米光子学，剪裁波的相互作用在纳米结构的广泛的功能。我们讨论了局部表面极化激元的几何对称性破缺，莫尔光子学的物理学，谷电子学和无辐射状态控制的面内反转对称性破缺，光学非互易性的时间反演对称性破缺，以及宇称-时间对称性破缺。总的来说，我们的观点旨在在一个统一的保护伞下呈现对称性破缺在控制纳米级光中的作用，及其在光学技术中的广泛应用。
2021-06-29 physics.app-ph physics.optics physics.soc-ph
Electron Beam Spectroscopy for Nanophotonics
电子束光谱学的进展，最近使研究的光学激发与结合的空间，能量和时间分辨率在纳米，毫电子伏和飞秒域，从而提供了独特的访问到纳米光子结构及其详细的光学响应。这些技术依赖于$\approx$ 1-300 keV的电子束聚焦在样品上，低至亚纳米点，在时间上压缩在几飞秒长的波包中，并且在某些情况下由超快光脉冲控制。电子经历能量损失和增益，也引起阴极发光光发射，其被记录以揭示沿光束路径的光学景观。本文综述了这些进展，重点是相干激发，强调对电子波函数的控制水平的提高，以及随后在纳米颗粒中的光学谐振模和极化激元的研究和技术使用中的应用，2D材料和工程纳米结构。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Broadband ultrafast self-heterodyned chiro-optical spectroscopy
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Rice University（莱斯大学）；Seoul National University（首尔国立大学）；CNR NANOTEC, Istituto di Nanotecnologia（国家研究委员会纳米技术研究所）；CNR-IFN（国家研究委员会凝聚态物理研究所）
针对瞬态手性光学响应难与非手性贡献分离的问题，本文提出集成双折射共光路干涉仪与偏振桥的宽带超快自外差手性光谱技术，实现高灵敏探测，在金纳米螺旋阵列和卤化铅钙钛矿中验证并阐明动力学机制，为多领域研究提供新平台。
2025-11-13 cond-mat.other physics.optics
Transient optical symmetry breaking for ultrafast broadband dichroism in plasmonic metasurfaces
超快纳米光子学是一个新兴的研究领域，旨在开发能够以前所未有的速度进行光调制的纳米器件。一种很有前途的方法是利用纳米结构材料（金属或电介质）的光学非线性，通过与强超短激光脉冲的相互作用来调制它们的有效介电常数。虽然这种纳米结构的光激发后的超快时间动力学已被深入研究，亚ps瞬态空间不均匀性发生在纳米尺度迄今几乎被忽略。在这里，我们从理论上预测和实验证明，光生热载流子的不均匀时空分布诱导在由高度对称的亚原子制成的等离子体超表面中的瞬态对称性破缺。该过程是完全可逆的，并且导致宽带瞬态二向色性光学响应，在小于1皮秒的时间内恢复初始各向同性状态，克服了由较慢的弛豫过程（例如电子-声子和声子-声子散射）引起的速度瓶颈。我们的研究结果铺平了道路的超快二向色性器件的发展，能够Tera位/秒的光偏振调制。
2020-07-31 physics.optics
Tuning the Ultrafast Response of Fano Resonances in Halide Perovskite Nanoparticles
在高达几个THz的频率下完全控制纳米系统的基本物理学是可调谐和超快纳米光子器件和超材料的关键。在这里，我们结合了卤化物钙钛矿纳米颗粒的光学特性的几何和超快控制，这构成了纳米光子学的一个突出平台。自由载流子的脉冲光注入穿过半导体间隙导致远场电磁特性的亚皮秒修改，其完全由系统的几何形状控制。当纳米颗粒的尺寸被调整，以实现窄带激子和几何形状控制的米氏共振之间的重叠，透射率的超快调制是完全相反的，相对于通常观察到的具有不同尺寸的纳米颗粒，在散装系统和薄膜。化学，几何和超快调谐之间的相互作用提供了一个额外的控制参数与纳米天线和超快光开关的影响。
2020-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast tuning of the focusing efficiency of a nonlinear atomically thin lens
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学物理学院范德瓦尔斯-塞曼研究所）；Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光子学中心）
该研究提出基于单层过渡金属二硫化物的菲涅耳波带片透镜（FZPL），实现了近30%的全光超快聚焦效率调制，解决了光聚焦器件小型化与有源控制的难题。
2026-08-26 physics.optics
Graphene and thin graphite films for ultrafast optical Kerr gating at 1 GHz repetition rate under focused illumination
University of Siegen（锡根大学）；Istituto Nazionale di Ottica (INO), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（意大利国家光学研究所，意大利国家研究委员会）
利用石墨烯和薄层石墨膜的非线性特性，在1 GHz重复率下实现亚纳焦耳脉冲和141飞秒时间分辨率的超快光学克尔门控
2025-11-21 physics.optics
Mesoscopic ultrafast nonlinear optics -- The emergence of multimode quantum non-Gaussian physics
本综述探讨了介观尺度下超快多模非线性光学中量子非高斯物理的涌现，分析了混合量子-经典动力学的挑战，并展望了其在量子信息处理与传感等新范式中的机遇。
2023-11-23 physics.optics quant-ph
Strong-field nonlinear optical properties of monolayer black phosphorus
在过去的几年里，原子薄的黑磷（BP）已被证明是一个迷人的新的二维材料，是有希望的新型纳米电子学和纳米光子学应用，由于其许多独特的性能，如直接和广泛可调的带隙，高载流子迁移率和显着的固有面内各向异性。然而，其重要的极端非线性行为和超快动力学的载流子在强场激发下尚未被揭示的日期。在这里，我们报告的非微扰高谐波产生（HHG）在单层BP的第一性原理模拟。我们表明，BP表现出非凡的HHG性能，在深入研究的三种主要类型的2D材料，即，半金属石墨烯、半导体MoS $_2$和绝缘六方氮化硼。这项研究将BP目前的研究活动范围推进到一个新的领域，表明其在极紫外和阿秒纳米光子学应用中的前景广阔，并为研究这种新兴材料的强场和超快载流子动力学打开了大门。
2019-08-04 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast programmable Bragg reflection in photonic integrated circuits
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Quantum Science and Engineering, Harvard University（哈佛大学量子科学与工程）
研究基于光子芯片的电信波长可编程分布式布拉格反射器，通过电光诱导折射率对比度形成，实现电压控制布拉格反射及千兆赫兹速度反射率调制，为多领域带来新机遇并建立纳米光子器件新设计策略。
2026-07-17 physics.optics
Ultrafast optical Kerr Gate at 1 GHz repetition rate by focusing on BBS glass
University of Siegen（锡根大学）；Alfred University（阿尔弗雷德大学）；European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy（欧洲非线性光谱学实验室）；Università di Parma（帕尔马大学）；Istituto Nazionale di Ottica (INO), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（意大利国家光学研究所，意大利国家研究委员会）
利用BBS玻璃的三阶非线性效应，实现1 GHz重复率的超快光学克尔门技术，达到175 fs时间分辨率和低脉冲能量
2025-11-21 physics.optics
Raman suppression in nanophotonics enabled by multimode spectral filtering
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Quantum Science and Engineering, Harvard University（哈佛大学量子科学与工程）；Department of Physics, University of Auckland（奥克兰大学物理系）；The Dodd-Walls Centre for Photonic and Quantum Technologies（多德-沃尔斯光子与量子技术中心）
本文提出通过控制多横模耦合与损耗来抑制拉曼散射，利用纳米刻蚀布拉格光栅和渐细波导实现多模耦合与选择性过滤，展示了在铌酸锂中生成两种不同 Kerr 非线性态的应用。
2026-05-09 physics.optics
Fast Nanophotonic Inverse Design using Precomputed Numerical Green Functions
Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文首次将预计算数值格林函数方法用于纳米光子逆向设计，通过线性成本计算和低秩更新实现亚毫秒迭代，设计时间加速超三个数量级，可秒级设计新器件。
2026-10-05 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Broadband sensitive pump-probe setup for ultrafast optical switching of photonic nanostructures and semiconductors
我们描述了一个超快时间分辨泵浦探测光谱设置，旨在研究纳米光子结构的开关。飞秒泵浦和探测脉冲都可以在3850和21050 cm $^{-1}$之间的宽频率范围内独立调谐。宽的泵浦扫描范围允许大的光学穿透深度，而宽的探测扫描范围对于强光子晶体的研究至关重要。一种新的数据采集方法允许灵敏的泵浦-探测测量，并校正探测强度和泵浦杂散光的波动。与激光波动相比，我们观察到设置的精度提高了十倍，允许在1 s的测量时间内测量精度优于$Δ$ R= 0.07%。演示的改进技术的体硅晶片，3D硅反蛋白石光子带隙晶体，和Z-扫描测量的双光子吸收系数的Si，GaAs，和三光子吸收系数的GaP在红外波长范围内。
2009-03-01 physics.ins-det physics.optics
Spatiotemporal Metasurface for Ultrafast All-Optical Wavefront Shaping
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Friedrich Schiller University（弗里德里希·席勒大学）
该研究提出一种全光超快动态波前整形策略，通过泵浦脉冲调控半导体纳米线超表面的介电常数，实现了皮秒级开关的瞬态波前调控，为全光可重构金属透镜奠定基础。
2026-08-04 physics.optics
Laser transfer and retrieval via nanophotonic supercontinuum process
本研究提出基于纳米光子超连续谱四波混频的新型光学计量方案，实现激光在超连续谱边带的任意传输与光波形直接检索，可揭示孤子高阶动力学特性，提升信噪比，推动片上光检测发展。
2025-05-18 physics.optics
Optical Control of Chirality by Ultrafast Symmetry Breaking in Membrane Metasurfaces
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Shubnikov Institute of Crystallography, NRC “Kurchatov Institute”（库尔恰托夫国家研究中心舒比尼科夫晶体学研究所）；School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）；University of Brescia（布雷西亚大学）；Qingdao Innovation and Development Center, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学青岛创新发展基地）；Theoretical Physics and Quantum Technologies Department, National University of Science and Technology ‘MISIS’（莫斯科国立科学技术大学“MISIS”理论与量子技术系）
研究通过瞬态对称性破缺实现硅超表面中手性的超快全光控制，利用光子本征态对对称性扰动的敏感性，光激发产生自由载流子打破对称，实现手性可逆调控，为相关技术发展开辟道路。
2026-07-30 physics.optics
Ultrafast broadband tuning of resonant optical nanostructures using phase change materials
各种光学和光电器件的功能都是基于谐振效应，并且振幅和波长响应的主动调谐通常是必不可少的。等离子体纳米结构是产生光学共振的有效方法，一个突出的例子是通过在金属膜中图案化的纳米孔阵列的异常光透射（EOT）。通过加热、施加电信号或光信号来调谐共振已被证明是更难以捉摸的，这是由于缺乏可以在宽光谱范围内和/或以高速诱导调制的材料。在这里，我们表明，纳米图案化金属与相变材料（PCM）相结合，可以克服这一限制，由于可以引起热或超快的时间尺度上的光学常数的大的变化。我们证明了共振波长位移高达385 nm -一个数量级高于以前报道的-通过适当设计的金EOT纳米结构与Ge 2Sb 2 Te 5（GST）相结合。此外，我们表明，通过泵探测测量，可重复的和可逆的，大幅度调制的谐振，特别是在电信波长，在ps的时间尺度和远低于那些需要产生永久的相变的功率。我们的研究结果为设计具有超快和广泛可调共振响应的混合金属PCM纳米结构开辟了一条途径，这对可调光学滤波器，智能窗，生物传感器和可重构存储器等有源纳米光子器件具有潜在影响。
2015-10-29 physics.optics
Multi-Octave Frequency Comb from an Ultra-Low-Threshold Nanophotonic Parametric Oscillator
研究解决了片上多倍频程频率梳生成的能量需求难题，提出在纳米光子铌酸锂中利用仅需飞焦耳泵浦能量的OPO实现多倍频程频率梳，通过时间自清洁机制大幅降低能耗并保证相干性，为片上非线性光子系统应用铺路。
2023-09-08 physics.optics
Towards an Engineering Framework for Ultrafast Quantum Nonlinear Optics
色散工程和高度非线性纳米光子学的出现有望通过将高横向场限制与超短脉冲操作相结合，开辟一条通往量子光学强相互作用机制的全光路。然而，在这种宽带设备中获得光子动力学的全面理解，在多模非高斯量子物理的建模和模拟中提出了重大挑战，突出了对复杂简化模型的需求，这些模型有助于有效的数值研究，同时提供有用的物理见解。在这篇手稿中，我们回顾了我们最近的努力在不同层次的抽象和一般性的宽带光学系统建模，范围从多模扩展同步泵浦振荡器的量子输入输出理论的数值方法的发展的基础上的场论描述的非线性波导。我们希望我们的工作不仅能指导下一代量子器件的理论和实验工作，还能揭示宽带量子光子学的基本物理学。
2021-02-17 physics.optics quant-ph
Organic metallic epsilon-near-zero materials with large ultrafast optical nonlinearity
ε-近零（ENZ）材料由于其超快热载流子和随之而来的光学非线性增强而在非线性光学应用中显示出巨大的潜力。通过极性溶剂处理和退火处理，改性的聚（3，4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）薄膜显示出金属特性，其ENZ波长接近1550 nm。金属PEDOT膜表现出与金相当的固有光学非线性响应，并且由于π共轭离域电子而比典型的无机半导体ENZ材料高100倍。热载流子在1550 nm处使金属PEDOT膜的光学非线性系数增加22倍。金属PEDOT薄膜中的热空穴比无机ENZ材料中的热电子具有更小的载流子温度增强倍数和更长的弛豫时间，这是由于更大的虚介电常数和用于载流子冷却的热声子瓶颈。我们的研究结果表明，与无机ENZ材料相比，π-共轭ENZ聚合物可能具有独特的超快和非线性光学性质，从而在片上纳米光子器件，非线性光学和等离子体激元学中实现新的可能性。
2022-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical tristability and ultrafast Fano switching in nonlinear magneto-plasmonic nanoparticles
我们考虑了一个涂层的磁等离子体纳米粒子（MPNP）与克尔型非线性等离子体外壳和磁光核心的光散射。这样的结构具有两个等离子体振子偶极模式，与壳的内表面和外表面上的电子振荡相关联。在非线性状态下驱动，每个模式都表现出一种非线性响应。内部等离子体的双稳态导致在该状态和Fano共振之间切换（Fano切换）。一旦外部光强度超过临界值，两个本征模式的双稳区重叠产生光学三稳性，其特征在于对于给定的波长和光强度的三个稳定的稳态。我们开发了一个动态的非线性稳态之间的过渡理论和估计的特征切换时间短至0.5 ps。我们还表明，磁光（MO）效应允许红色和蓝色的光谱移位的Fano配置文件的右和左圆偏振的外部光，呈现Fano开关敏感的光偏振。具体地，可以实现右圆偏振的Fano切换，同时消除左圆偏振的Fano切换。我们的研究结果指出，一类新的超快Fano开关可调的磁场在纳米光子学的应用。
2018-02-19 nlin.AO physics.optics
Ultrafast optical ranging using microresonator soliton frequency combs
光探测和测距（LIDAR）对科学和工业中的许多领域至关重要。在过去的十年中，光学频率梳被证明在光学测距中具有独特的优势，特别是在高精度的快速距离获取方面。然而，目前基于梳的概念不适合新兴的大批量应用，如无人机导航或自动驾驶。这些应用严重依赖于LIDAR系统，不仅准确和快速，而且紧凑，坚固，适合成本效益的大规模生产。在这里，我们展示了集成耗散克尔孤子（DKS）梳状源提供了一条通往芯片级LIDAR系统的途径，该系统将亚波长精度和前所未有的采集速度与利用先进的光子集成概念进行晶圆级大规模生产的机会相结合。在我们的实验中，我们使用一对自由运行的DKS梳，每个梳提供超过100个载波的大规模并行合成波长干涉测量。我们展示了双梳距离测量与创纪录的低艾伦偏差下降到12纳米，平均时间为14 $μ$ s，以及超快测距前所未有的测量速率高达100 MHz。我们证明了我们的技术的可行性，通过采样的自然散射表面的气枪弹丸飞行在150米/秒（马赫0.47）。将集成的双梳状激光雷达引擎与芯片级纳米光子相控阵相结合，这种方法可以在新兴的大规模应用中广泛使用紧凑型超快测距系统。
2017-07-20 physics.optics
Non-equilibrium quantum plasmonics in nanoparticle-on-mirror nanocavities
Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学前沿科学技术研究院）；Photonics Research Centre, Universiti Malaya（马来亚大学光子研究中心）；Nanophotonics Centre, Cavendish Laboratory, Department of Physics, University of Cambridge（剑桥大学物理系卡文迪许实验室纳米光子学中心）
本文提出了一种利用激光诱导的弹道热电子注入控制等离子体性质的新方法，用于超快光学调制量子现象，展示了在纳米腔中实现非平衡电子系统量子纳米光子学的潜力。
2026-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast All-Optical Polarization Control in a Plasmonic Metasurface by Selective Hot-Electron Heating of Orthogonal Gold Nanorods
Institute of Nanoscience and Nanotechnology, National Center for Scientific Research “Demokritos”（纳米科学与技术研究所，国家科学研究中心“德莫克里斯”）；Theoretical and Physical Chemistry Institute, National Hellenic Research Foundation, NHRF（理论与物理化学研究所，希腊国家研究基金会）
研究利用金纳米棒二聚体超材料，借助飞秒激发下金的瞬态光学非线性及单元胞几何各向异性诱导热电子，结合模型与模拟捕获瞬态响应，实现亚皮秒全光偏振控制，为光开关等应用铺路。
2026-10-30 physics.optics
Nanoscale magnetophotonics
该观点调查了科学和技术的最新技术和未来前景，采用纳米限制光（纳米光子学和纳米等离子体）与磁性相结合。我们把这个领域广泛地称为纳米磁光子学。我们包括一个一般性的介绍领域，并描述了新兴的磁光效应的磁等离子体和磁光子纳米结构支持本地化和传播等离子体。特别注意的是磁等离子体晶体与横向磁化和相关的纳米光子非互易效应，并在纳米结构的周期性阵列的磁光效应。我们也给出了这些系统在生物和化学传感，以及在光的偏振和相位控制的应用的概述。我们进一步回顾了非线性磁光子学，半导体自旋等离子体，以及光磁学和纳米光学超快控制磁学和自旋电子学的一般原理和应用。
2020-02-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
All-optical switching and unidirectional plasmon launching with electron-hole plasma driven silicon nanoantennas
高折射率介电纳米粒子已成为现代光科学的强大平台，实现了各种迷人的应用，特别是在非线性纳米光子学中，它们实现了特殊类型的光学非线性，例如电子-空穴等离子体光激发，这不是等离子体纳米结构所固有的。在这里，我们提出了一种新的几何高度可调的全介电纳米天线，由一个电偶极子源，它允许通过电子-空穴等离子体光激发调谐其辐射特性的硅纳米粒子激发链组成。我们表明，缓慢的引导模式确定的纳米天线的范霍夫奇异性是非常敏感的纳米粒子介电常数，开放的能力，利用这种效果进行有效的全光调制。我们表明，通过泵浦几个边界纳米粒子相对较低的强度可能会导致纳米天线的辐射功率模式和Purcell因子的显着变化。我们还表明，设计的纳米天线的超快泵浦允许单向发射的表面等离子体激元极化激元，现代非线性纳米光子学的有趣的影响。
2017-03-09 physics.optics
Full-wave nonlinear microscopy reveals guided channel for ultrafast polariton transport
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究聚焦强耦合光 - 物质系统中极化激元传输，通过扩展FDTD模拟开发微扰框架，利用DBR腔完整模态设计模式转换器，实现分子激发长距离低损耗传输，突破分子极化激元传输局限。
2026-07-28 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Quantum Frequency Resolved Optical Gating of Few-Cycle Squeezed Vacuum
California Institute of Technology（加州理工学院）；PINC Technologies Inc（PINC科技有限公司）
本文提出量子频率分辨光学门控技术，用于研究超短量子脉冲的时域特性，实现近红外和可见光范围的高带宽测量，展示多模式压缩真空态的特性。
2026-04-08 physics.optics
Spin- and orbital-angular-momentum nonlinear optical selectivity of single-mode nanolasers
光的选择性控制对于具有许多应用的光学科学和技术是必不可少的。已经开发了纳米光子波导和集成耦合器，以根据光束的多个自由度来实现光束的选择性耦合和空间控制。然而，先前的耦合器件保持无源，对入射光的功率具有固有的线性响应，限制了它们的最大光学选择性。在这里，我们通过基于光的自旋和轨道角动量选择性激发单个单模纳米激光来展示非线性光学选择性。我们设计的纳米激光电路由等离子体超表面和单独的钙钛矿纳米线组成，使角动量独特的等离子体场的亚波长聚焦和纳米线中单个横向激光模式的进一步选择性激发成为可能。具有非线性光发射增加的光学选择纳米激光大大增强了超颖表面提供的基线光学选择性，从约0.4提高到接近1。我们所展示的非线性光学选择性可能在全光逻辑门和纳米线网络、超快光开关、纳米光子探测器以及片上光学和量子信息处理中找到重要应用。
2023-03-03 physics.optics
Efficient simulation of ultrafast quantum nonlinear optics with matrix product states
在非线性纳米光子波导中传播的超短脉冲可以同时利用时间和空间场限制，有望在全光子平台中实现单光子非线性。然而，在这种多模量子体系中，对脉冲动力学的精确数值模拟需要在指数级大的希尔伯特空间中表示状态。在这里，我们采用了时域，矩阵乘积状态（MPS）表示，使有效的模拟，利用纠缠结构的系统。为了从这些模拟中提取物理见解，我们开发了一种算法来将MPS量子态分解为组成时间超模，例如，获得任意脉冲波形的相空间图。作为演示，我们进行精确的数值模拟克尔孤子的量子制度。我们观察到非经典的魏格纳函数的发展，在孤子模式以及量子修正的半经典动力学的脉冲。对$χ^{(2)}$模拟子的类似分析揭示了基波和二次谐波之间独特的纠缠结构。我们的方法也很容易与量子轨道理论兼容，允许完全量子处理的传播损耗和退相干。我们希望这项工作能够建立MPS技术，作为宽带量子光子学新兴领域统一工程框架的一部分。
2021-02-11 physics.optics quant-ph
Quantum nondemolition measurements with optical parametric amplifiers for ultrafast universal quantum information processing
实现室温超快光子数分辨（PNR）量子非破坏（QND）测量将对光子量子信息处理（QIP）具有重要意义，例如，确定性量子计算在离散变量架构，但强耦合的要求阻碍了可扩展的实现的发展。在这项工作中，我们提出并分析了一个非线性光学路径PNR QND使用二次（即，$χ^{(2)}$）非线性相互作用。我们表明，相干泵浦场驱动的相位失配的光参量放大器（OPA）的经验位移的信号Bogoliubov激发的数量为条件。因此，泵浦位移的测量提供了信号Bogoliubov激励的QND测量，将信号模式投影到压缩光子数状态。然后，我们将展示如何利用我们的非线性OPA动力学确定性地生成Gottesman-Kitaev-Preskill状态，只有额外的高斯资源，在连续变量系统中的容错QIP提供了一个全光路由。最后，我们把这些QND计划到一个更传统的背景下，通过突出的相位失配的光学参量振荡器和多级原子腔QED系统之间的类比，通过显示如何连续监测的输出耦合泵正交诱导条件本地化的腔内信号模式到压缩光子数状态。我们的分析表明，我们的建议可能是可行的，在近期的$χ^{(2)}$非线性纳米光子学，突出了丰富的潜力OPA作为一个通用的工具，超快非高斯量子态工程和量子计算。
2022-09-02 physics.optics quant-ph
Controlling hybrid nonlinearities in transparent conducting oxides via two-colour excitation
纳米光子学和超材料已经彻底改变了我们对光学空间（μ）的看法，使我们能够几乎随意地设计折射率，将光限制在最小的体积内，并以极小的足迹和能量需求操纵光信号。目前，人们正致力于寻找合适的材料和策略来动态控制光学特性。透明导电氧化物在带间和带内激发下表现出很大的超快非线性。在这里，我们表明，通过双色激光场在铝掺杂氧化锌中结合这两种效应，揭示了新的材料功能。由于两个非线性的独立性，可以通过作用于两个场的振幅和延迟来设计材料介电常数的超快时间动力学。我们展示了这种新的自由度的潜在应用，通过动态解决的调制带宽和光谱调谐的探测光脉冲。
2017-06-26 physics.optics
High-Performance All-Optical Modulator Based on Graphene-hBN Heterostructures
石墨烯已经成为用于片上全光调制的超快光子材料。然而，其原子厚度限制了其与引导光学模式的相互作用，这导致每比特的高切换能量或低调制效率。尽管如此，可以通过纳米光子手段增强引导光与石墨烯的相互作用。在此，我们提出了一个实际的设计，全光调制器的基础上，石墨烯和六方氮化硼（hBN）异质结构的混合集成到硅槽波导。利用该器件，在20μm长的双层石墨烯调制器中，实现了7.3dB的高消光比（ER）、<0.6dB的超低插入损耗（IL）和<0.33pJ/bit的高能效开关。此外，该器件可执行超快开关，恢复时间<600 fs，并有可能用作具有数百GHz超高带宽的高性能全光调制器。此外，通过堆叠石墨烯-hBN异质结构的附加层，进一步增强了器件的调制效率，同时理论上保持了超快响应。所提出的设备具有非常有前途的性能指标，预计将服务于下一代光子计算系统的需求。
2022-03-27 physics.app-ph physics.optics
All-optical polarization control in time-varying low-index films via plasma symmetry breaking
本文提出一种通过飞秒泵浦低折射率薄膜实现全光偏振控制的方案，利用等离子体对称性破缺产生超快双折射、二色性和光学活性，适用于超快调制器与非互易光子器件。
2025-10-08 physics.optics
Stimulated interactions of low-energy free-electrons with light
Institute of Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）；POLIMA—Center for Polariton-driven Light–Matter Interactions, University of Southern Denmark（南丹麦大学POLIMA极化激元驱动光-物质相互作用中心）；Kiel Nano, Surface and Interface Science KiNSIS, Kiel University（基尔大学基尔纳米、表面与界面科学KiNSIS）
本文综述了慢电子与光的激发相互作用，探讨了自由空间和近场机制，以及电子反冲和波包塑造等关键方法，为精确束控制和量子态工程提供了新途径。
2026-02-19 physics.optics
