Revivals and oscillations of the momentum of light in a planar multimode waveguide
研究了单色光以大角度入射多模平面波导时横向动量的演化。我们报告相邻的填充模式的波导和他们的周期性崩溃和复兴之间的跳动所造成的动量振荡。基于这种效应的一种新型干涉仪的条纹间距小到光波长的1/9，实验证明和周期小到光波长的1/1000似乎是可行的。
2001-05-30 physics.class-ph physics.optics
Spatiotemporal Nonlinear Pulse Dynamics in Multimode Silicon Nitride Waveguides
该研究提出基于开源多模非线性薛定谔方程的模拟方法，分析6μm宽氮化硅波导中飞秒脉冲演化，发现输入模式工程可调控非线性动力学，为集成光子平台中超连续谱生成等应用提供策略。
2025-08-26 physics.optics
Phase transition in multimode nonlinear parity-time-symmetric waveguide couplers
奇偶时间对称（$\mathcal{PT}$ -symmetric）光波导耦合器已经成为集成光学的关键部件。它们为快速、超紧凑、可配置的全光信号处理提供了新的可能性。在这里，我们研究了有限尺寸多模$\mathcal{PT}$对称耦合器的非线性特性，并报告了一种特殊类型的色散关系的耦合器制成的一个以上的二聚体。此外，我们预测了一个$\mathcal{PT}$的转变所引发的非线性在这些结构中，我们表明，随着在系统中的二聚体的数目的增加，转变阈值降低，并收敛到相应的值的一个无限阵列。最后，我们提出了各种周期性的强度图案，可以形成在这些耦合器取决于初始激发。
2015-09-11 physics.optics
Quasi-phasematching of harmonic generation via multimode beating in waveguides
提出了一种气体中准相位匹配高次谐波产生的新方案。在这方面，由波导的多于一个模式的激励引起的轴向强度的快速变化用于实现准相位匹配。数值模拟表明，谐波信号的增强超过了单个相干长度所实现的增强因子>10^4。
2007-02-14 physics.optics physics.plasm-ph
Propagation-invariant space-time supermodes in a multimode waveguide
当光脉冲在高度多模波导中空间局部化时，其能量通常分布在多个模式中，从而产生斑点横向空间轮廓，其随着传播而经历不规则的变化。理论上已经提出，其中每个波长被锁定到在规定的轴向波数的单个模式的脉冲多模场将以可调谐的群速度沿着波导恒定地传播。在这个概念中，最初局部化的场沿着波导保持局部化。在这里，我们提供了这类新的脉冲引导场的存在，我们表示时空超模，并验证其在平面波导中的传播不变性的原理验证实验确认。通过叠加多达21个模式，每个指定的波长，我们在170微米厚的平面玻璃波导中构建时空超模，群指数从1延伸到2。场的初始横向宽度为6微米，并且波导长度为9.1mm，这是相关瑞利范围的257倍。各种轴向不变的横向空间分布产生的模式，有助于ST超模，包括单峰和多峰场，暗场（包含空间倾角），甚至平坦的均匀强度分布的明智选择。
2022-04-04 physics.optics
Ultra-low-loss CMOS-Compatible Waveguide Crossing Arrays Based on Multimode Bloch Waves and Imaginary Coupling
我们实验证明宽带波导交叉阵列显示超低损耗下降到$0.04\,$ dB/交叉（$0.9\%$），匹配理论和串扰抑制超过$35\,$ dB，在CMOS兼容的几何形状。工作原理是通过将交叉阵列的周期性与多模硅波导的1 $^\text{st}$阶和3 $^\text{rd}$阶类TE模式的传播常数的差相匹配而形成的低损耗空间布洛赫波的定制激发。交叉点处的辐射散射就像耦合两个超模的周期性介电常数扰动，这导致虚（辐射）传播常数分裂，并产生低损耗的单向呼吸布洛赫波。这种类型的交叉阵列提供了实现密集光子集成的关键组件的鲁棒实现。
2013-11-18 physics.optics
Polygonal Maxwell's fisheye lens via transformation optics as multimode waveguide crossing
多模波导交叉是新型模分复用系统的关键部件。MDM系统中多模波导路由的挑战之一是减少波导交叉的模间串扰和模泄漏。在这项工作中，我们提出了三个和四个波导的交叉多边形麦克斯韦鱼眼透镜的基础上，通过变换光学。所设计的透镜是通过将其折射率映射到引导硅层的厚度来实现的。三维时域有限差分仿真被用来评估所提出的$3\times3$和$4\times4$交叉的性能。$3\times3$和$4\times4$波导星形交叉的覆盖区分别为$18.6\times18.6$和$27.5\times27.5$ $μm^2$。对于两个波导交叉，输出端口中的模间串扰低于-22dB，而对于TE 0、TE 1和TE 2模式，到其他端口的串扰低于-37dB。在415 nm的带宽内，这些模式的插入损耗均小于0.5dB，覆盖了整个光通信波段。
2019-06-18 physics.app-ph physics.optics
Theory of space-time supermodes in planar multimode waveguides
本文建立平面多模波导中时空超模的理论框架，通过将各导模分配给预定波长实现轴向不变、低色散且群速度可调的脉冲传播。
2022-12-25 physics.optics
Phase Matching for Multimode Four-Wave Mixing in Few-Mode Fibers and Nano-Rib Waveguides
我们比较相位匹配的四波混频使用一个，两个，三个和四个波导模式。为了比较，我们使用数值优化和估计产生的空闲功率。我们目前的结果为少模光纤和纳米肋波导，并表明，对于这两种波导类型，四波混频带宽和空闲功率是最好的一个和两个模式的操作和四模四波混频是不可行的。一些纳米脊形波导支持三模四波混频，尽管具有大大减小的带宽和减小的空闲功率。
2022-08-11 eess.SP physics.optics quant-ph
Polymer multimode waveguide bend based on a multilayered Eaton lens
减小低折射率对比度波导的弯曲半径对于减小集成光学元件的尺寸是至关重要的。提出了一种基于伊顿透镜的聚合物多模波导弯曲。光线追迹计算被用来截断伊顿透镜，以提高弯曲的性能。透镜的截断也减少了弯曲的覆盖区。所设计的波导弯曲半径为18.4 $μm$，由同心圆柱多层结构实现。在光通信的C波段中，分别对于$TM_0$和$TM_1$模式实现了0.69和0.87 dB的平均弯曲损耗。在1520-1675 nm的带宽内，两种模式的弯曲损耗均小于1 dB。
2019-06-26 physics.app-ph physics.optics
Multiband processing of multimode light: combining 3D photonic lanterns with waveguide Bragg gratings
报道了利用光子灯笼和波导布拉格光栅在三维集成光子芯片上实现多模光窄带光谱滤波的首次演示。利用飞秒直写技术在硼铝硅酸盐玻璃中制造了具有多凹口波导布拉格光栅的光子灯笼（Corning，Eagle 2000）。在具有10.4 mm长光栅的光子灯笼和参考单模波导中测量了高达5 dB的传输骤降。结果证明了光子灯笼中每个光栅的有效和对称性能。这种器件将有利于空分复用通信系统以及天文仪器的单位，以抑制大气中的碲发射从OH线。
2013-11-04 astro-ph.IM physics.optics
Multimode interface between optical free-space- and waveguide modes
Tampere University（坦佩雷大学）；Xanadu Quantum Technologies Inc.（Xanadu量子技术公司）；VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰VTT技术研究中心有限公司）
本文提出一种多平面光转换方案，实现自由空间高阶LG模式与波导模式的高效宽频带转换，为多模式光通信和芯片处理提供新途径。
2025-12-02 physics.optics
Multimode waveguide crossing based on square Maxwell's fisheye lens
模分复用（MDM）是一种新兴的大容量数据通信技术，利用正交导模作为独立的数据流。MDM系统中多模波导路由的挑战之一是减少波导交叉点的模式泄漏。本文基于准共形变换光学原理，设计了一种方形麦克斯韦接目镜作为波导交叉介质，并在绝缘体上硅平台上实现。采用两种方法实现了所设计的透镜：渐变光子晶体和改变硅平板波导的厚度。三维数值模拟结果表明，所设计的多模波导交叉点具有1260 ~ 1675 nm的超宽带宽，占用空间仅为$3.77 \times 3.77 μm^2$。对于前三个横电模式$(TE_0, TE_1, \: and \: TE_2)$，所设计的波导交叉分别表现出0.24、0.55和0.45 dB的平均插入损耗和小于-72、-61和-27 dB的串扰，以及54、53和30 dB的最大回波损耗。所设计的波导交叉支持低失真脉冲传输，高保真度因子为0.9857。此外，所提出的方法可以扩展到通过增加透镜的尺寸来设计具有更高数量的支持模式的波导交叉。
2019-06-05 physics.app-ph physics.optics
Meta-surface-enabled ultra-sharp multimode waveguide bends on silicon
模分复用（MDM）是一种通过在多模总线波导中使用多个模式信道来增加光互连的单波长链路容量的方法，在MDM系统中，为了路由数据，通常需要波导弯曲，特别是为了减少高密度光子集成电路（PIC）占用的芯片面积，需要使用超尖锐弯曲。本文提出并实现了一种新型的硅基超表面波导结构，该结构可以实现多模波导的低损耗和低串扰的超尖锐S型弯曲，并在三个模式通道的MDM光互连中实现了弯曲半径R=10μm的超尖锐S型弯曲。数值模拟结果表明，在宽的波长范围内（> 100 nm），超锐金属表面多模波导弯曲（MMWB）具有较低的附加损耗（0.2~0.5dB）和较低的模间串扰（<-30dB）。实验结果表明，所制备的S弯具有0.5~0.8dB的附加损耗和60 nm的模间串扰<-20 dB over a wavelength of >。实验结果部分受到测量设置的限制，特别是具有约-20dB的模间串扰的片上模（解）复用器。该多模波导可以扩展到三个以上的模式通道传输，为利用硅光子波导结构实现片上多模光互连奠定了基础。
2018-10-14 physics.app-ph physics.optics
Exploiting Ultralow Loss Multimode Waveguides for Broadband Frequency Combs
高约束波导中的低传播损耗对于基于芯片的非线性光子学应用是至关重要的。通常需要产生亚纳米粗糙度的复杂制造工艺来减少波导界面处的散射点，以实现超低传播损耗。在这里，我们展示了超低的传播损耗，通过使用高度多模结构来整形模式，以减少其与波导接口的重叠，从而放宽了制造工艺要求。微谐振器的固有品质因数（Q）为31.8 $\pm$ 4.4万的实验证明。虽然微谐振器支持10个横模，但当使用非线性绝热弯曲时，仅基模被激发，并且没有观察到高阶模。测量了73 $μ$ W的参量振荡阈值泵浦功率，并在多模微谐振器中产生了宽频带、几乎跨越倍频程的单孤子频率梳，在1097 ~ 2040 nm（126 THz）的光谱范围内没有任何高阶模的特征。这项工作提供了一种设计方法，可以应用到不同的材料平台，以实现和使用超高Q值多模微谐振器。
2020-12-08 physics.app-ph physics.optics
Scattering in $\cal PT$ and $\cal RT$ Symmetric Multimode Waveguides: Generalized Conservation Laws and Spontaneous Symmetry Breaking beyond One Dimension
我们推广了光在一维$\cal PT$对称系统中传播的广义守恒律，即，对于透射率$T$和反射率$R_{L,R}$从左和右的$|T-1|=\sqrt{R_LR_R}$，到具有$\cal PT$或$\cal RT$对称性的多模波导，其中需要更高维的研究。这些守恒律不仅存在于透射和反射矩阵的矩阵形式中，而且通过定义广义透射率和反射率，它们也存在于实值量的标量形式中。然后，我们讨论，第一次，如何多模$\cal PT$对称波导可以用来观察自发对称性破缺的散射矩阵，这通常需要调谐系统的非厄米性（即增益和损耗的强度）。这里，使用多模波导的优点是消除了对任何系统参数的调谐：横模阶数$m$起到对称性破缺参数的作用，并且通过在单个频率和固定的增益和损耗强度下在每个波导通道中简单地执行散射实验来观察对称性破缺。
2015-10-27 physics.optics quant-ph
Integrated photonic building blocks for next-generation astronomical instrumentation I: the multimode waveguide
我们报告的复合多模波导结构的制造和表征，包括一个堆栈的单模波导制造的超快激光雕刻。我们探讨了2种类型的复合结构;那些由重叠的单模波导，提供最大的有效折射率对比度和非重叠的结构，通过强倏逝波耦合支持多个模式。我们证明，这两种类型的波导具有可忽略的传播损耗（在实验的不确定性）的光注入与焦比>8，这对应于截止的波导。我们还表明，下面的截止，有一个狭窄的区域，其中注入的焦比被保存（在实验的不确定性）的输出。最后，我们概述了这些高效波导的主要应用;在用于将望远镜焦平面中的光重新格式化为狭缝的设备中，以馈送衍射限制的光谱仪。
2012-06-30 astro-ph.IM physics.optics
Multifrequency and multimode topological waveguides in a Stampfli-triangle photonic crystal with large valley Chern numbers
本研究在Stampfli三角光子晶体中同时实现多频率和多模式量子谷霍尔效应，通过Z形波导验证大谷陈数，并理论提出频率相关多模式分束器，为高容量光传输与集成器件提供新方案。
2024-03-19 physics.optics
Propagation of pulse fluctuations of multimode sources in optical fibers and waveguides with arbitrary chromatic dispersion
ITEAM Research Institute, Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学 ITEAM 研究所）
该研究将Marcuse分析扩展至任意色散等条件，发现长光纤中波动取决于群延迟形状，色散下变频拍频至基带，且模式分配噪声随色散增长并主导受限链路。
2026-09-29 physics.optics
Joint spectral amplitude analysis of SPDC photon pairs in a multimode ppLN ridge waveguide
在本文中，我们研究了周期性极化定制铌酸锂（LiNbO 3）脊波导中可能的参量下转换过程。我们的自发参量下转换（SPDC）的分析，第一，高斯泵浦光束模式和第二，反对称厄米-高斯HG（1，0）泵浦光束模式预测在每种情况下可能的下转换过程。从我们的JSA分析中，很明显，在所有这些情况下产生的光子对都是负相关的，并且具有正交偏振。在前者的情况下，简并光子对在1550 nm处发射，在基本波导模式中具有最高效率。而在后者的情况下，在不同的高阶空间模式中产生非简并光子对。因此，这样的光子具有多个自由度，如偏振和空间模式，其可以进一步被利用为用于量子信息应用的超纠缠光子。
2019-06-25 physics.optics
Physical mode analysis of multimode cascaded nonlinear processes in strongly-coupled waveguides
本文实验研究了氮化硅波导电路中空间多模非线性相互作用的片上控制，利用强耦合双芯波导的色散差异和模式分解技术，实现了多超模受控激发，并观察到双超模超连续谱生成与级联四波混频导致的第三次谐波上转换现象。
2024-11-04 physics.optics
On-demand multimode optical storage in a laser-written on-chip waveguide
量子存储器是大规模量子网络的基本构建块。大带宽、高多模容量和集成结构的按需光存储在实际应用中至关重要。然而，这一点尚未得到证实。在这里，我们制作了一个片上波导中的$\mathrm {^{151}Eu^{3+}:Y_2SiO_5}$晶体的插入损耗为0.2 dB，并提出了一种新的泵浦方案，使自旋波原子频率梳（AFC）存储与11 MHz的带宽内的波导。在此基础上，我们展示了200个时间模式的存储使用AFC计划和条件按需存储的100个时间模式使用自旋波AFC计划。对于AFC和自旋波AFC存储，读出光场和参考光场之间的干涉可见度分别为$99.0\% \pm 0.6\%$和$97\% \pm 3\%$，这表明这种低损耗、多模和集成存储器件的相干性质。
2022-05-25 physics.optics quant-ph
Bipartite entanglement extracted from multimode squeezed light generated in lossy waveguides
Paderborn University（帕德博恩大学）
研究通过II型参数下转换在损耗波导中生成多模式光，提取双模式纠缠态，并通过压缩量量化纠缠，构建最优测量基。
2025-11-03 physics.optics quant-ph
Mode pairs in $\mathcal{PT}$-symmetric multimode waveguides
研究了具有奇偶时间（$\mathcal{PT}$）对称性的多模光波导中的模式特性。我们发现，当损耗系数和增益系数增大到某一临界值时，两个连续阶数为2 \emph{m}-1和2 \emph{m}的导模形成一个模对，即模对的两个分量演化为同一模，并且它们同时经历$\mathcal{PT}$对称性破缺.对于在其保守极限下支持奇数个导模的波导，随着增益/损耗水平的增加，出现具有适当阶数的新模，使得它与已经存在的最高阶模配对，然后同时打破它们的$\mathcal{PT}$对称性。根据$\mathcal{PT}$对称势的具体实现，高阶模对可能比低阶模对更早或更晚地经历对称性破缺。
2014-10-09 nlin.PS physics.optics
High-Integration multimode waveguide grating based CWDM4 MUX/DEMUX with Flat Wide Passband and Ultra-Low Crosstalk for 2xFR4 Module Applications
本文提出了一种紧凑低串扰的CWDM4多路复用/解复用器，利用级联多模波导光栅滤波器，实现了低于-25dB的通道串扰、低于1dB的插入损耗和约18nm的平坦顶部带宽。
2026-04-26 physics.optics
Deformation enduring conveyance of structured light through multimode waveguides and its exploitation for flexible hair-thin endoscopes
Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；Institute of Scientific Instruments of CAS（中国科学院科学仪器研究所）；Masaryk University（马萨里克大学）；GRINTECH GmbH（GRINTECH有限公司）；Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）
本研究通过多模波导实现结构光的变形耐受传输，发现光纤缺陷影响光传输，并提出离子交换制备的窄多模波导用于柔性内窥镜成像。
2025-12-29 physics.optics
Exciton-Tunable Phase Control and Superstrong Coupling Through Multimode Polariton Engineering in Planar Waveguides
CNR Nanotec, Institute of Nanotechnology（国家研究委员会纳米技术研究所）；School of Physics and Astronomy, University of Southampton（南安普顿大学物理与天文学学院）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie—Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（国家研究委员会光子学与纳米技术研究所）
本文研究可见光半导体波导中的多模激子-光子耦合，通过严格耦合波分析和耦合振子模型，展示了从常规多模强耦合到超强耦合的光子带结构工程，并利用激子共振位移实现相位调制和模态切换。
2026-10-20 physics.optics
Robust multimode interference and conversion in topological unidirectional surface magnetoplasmons
本文理论研究了YIG夹层波导中的拓扑单向表面磁等离子体激元，验证了磁可控多模干涉与模式转换，实现了可调分束器，为拓扑波操控提供了新自由度。
2024-11-07 physics.optics
Generation of spatially pure photon pairs in a multimode nonlinear waveguide using intermodal dispersion
我们提出了在周期性极化的磷酸钛氧钾（KTiOPO4）非线性波导中实现II型自发参量下转换的实验。我们证明，通过仔细利用波导中的模间色散，在输出端没有任何额外的空间滤波的情况下，在定义良好的横模中产生光子对是可行的。通过测量M2光束的品质因数来验证空间特性。我们还制备了一个后选择的偏振纠缠双光子态，证明它违反了贝尔不等式。基于模间色散的类似技术可以用于产生空间纠缠和超纠缠。
2012-09-24 physics.optics quant-ph
Thermalization of light's orbital angular momentum in nonlinear multimode waveguide systems
我们证明了在非线性圆柱多模光波导中，光场的轨道角动量（OAM）可以被热化。我们发现，在热平衡，最大化的光学熵导致一个广义瑞利-金斯分布，支配的功率模式占用相对于离散OAM电荷数。这种分布的特征在于，温度本质上不同于与光场的纵向电磁动量流相关联的温度。与以前的结果相反，我们证明了即使在正温度下，光纤的基态也不总是功率最大的。相反，由于OAM，热化过程可能有利于高阶模式。一个新的状态方程是随着一个扩展的欧拉方程-从熵本身的扩展性产生的。通过监测两个具有相反自旋的多模光学波前之间的非线性相互作用，我们表明角动量的交换是由OAM温度的差异决定的，完全符合热力学第二定律。这里提出的理论分析是证实了数值模拟，考虑到数百种模式的复杂的非线性动力学。我们的研究结果可能为具有可控轨道角动量的高功率光源铺平道路，并且在更基本的水平上，可以揭示其他复杂的多模非线性玻色子系统的物理，显示额外的守恒定律。
2021-12-20 physics.optics
Multimode parity-time and loss-compensation symmetries in coupled waveguides with loss and gain
通过插入增益的损耗补偿在光子学、纳米等离子体激元学和超材料科学的不同分支中具有根本重要性。这种效应在具有平衡的损耗和增益分布的奇偶时间对称（PT对称）结构中得到了令人印象深刻的实现。在这项工作中，我们将这种现象推广到非对称系统，在不同半径的耦合多模损耗增益介质波导中演示损耗补偿。我们发现，类似于相同半径的PT对称耦合单模波导，非对称系统支持这里称为损耗补偿（LC）阈值的特殊点，其中的频谱经历了从复杂的过渡到真正的价值观。此外，LC对称阈值可以获得不同的模式中激发的波导提供了一个额外的自由度来控制系统的响应。特别地，通过改变非对称耦合波导的损耗和增益，我们观察到对TM和TE模以及混合HE和EH模的损耗补偿。
2021-04-23 physics.app-ph physics.optics
Few-photon transport via a multimode nonlinear cavity: theory and applications
波导耦合局域量子系统中的少光子输运引起了广泛的理论和实验研究。大部分的研究都集中在原子或类原子局域量子系统，因为它们具有强的光-物质相互作用，有利于量子应用。本文研究了具有二阶体非线性的波导耦合多模光腔中的少光子输运。我们开发了一个费曼图的方法和计算的散射矩阵的单光子和双光子输运。基于计算的散射矩阵，我们表明，高度非经典光子效应，包括光子阻塞和$π-$条件相移，可以实现在波导耦合多模光学腔系统通过量子干涉和线性响应工程。我们的研究结果可能会导致量子光子电路在全光量子信息处理和量子网络协议中的重要应用。
2022-09-08 physics.optics quant-ph
Selective lasing in multimode periodic and non-periodic nanopillar waveguides
我们使用时域有限差分（FDTD）方法，耦合到激光速率方程，研究了耦合多行周期或分形结构纳米柱波导中的激光作用。这样的设备表现出带分裂与独特的和可控的超模形成。我们证明，选择性激光到每个超模是可能的。该结构充当具有可选波长的微激光器。激光模式选择是通过同轴注入播种与适当的横向振幅和相位分布的高斯信号。在此基础上，我们提出了可切换激光的概念，作为一种替代传统的激光调谐外腔控制的手段。
2006-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Ultra-compact Silicon Multimode Waveguide Bends Based on Special Curves for Dual Polarizations
本文针对双偏振硅多模波导弯曲，比较自由曲线、贝塞尔曲线和欧拉曲线设计，发现基于自由曲线的6模MWB在1500-1600 nm波段损耗低于0.052 dB、串扰低于-25.97 dB，为偏振不敏感MDM-PDM集成光传输系统提供了高效设计方案。
2022-11-09 physics.optics
Width-independent and Robust Multimode Interference Waveguides Based on Anomalous Bulk States
本研究基于多层石墨烯晶格的反常体态，实现了宽度无关且鲁棒的多模干涉波导，实验验证其分束比频率可调、抗几何扰动，可用于高功率、高耦合效率的可扩展集成光路等领域。
2024-12-12 physics.app-ph physics.optics
Broadband low loss and ultra-low crosstalk waveguide crossings based on multimode interferometer for 840 nm operation
宽带低损耗和超低串扰波导交叉是光子集成电路的关键部件，以允许功能部件的更高集成密度和布局中的增加的灵活性。我们报告了基于多模干涉仪结构的氮化硅波导交叉的优化设计，用于在790 nm至890 nm的近红外波长区域内交叉TE/TE类、TM/TM类和TE/TM类偏振光的光路。不同偏振模式的交叉设计有利于在单个芯片上实现双偏振操作。对于所有配置，在840 nm处测得单个交叉的损耗为0.05 dB。在100 nm带宽内，损耗保持在0.16 dB以下。通过3D时域有限差分仿真估计串扰在-60dB的量级。
2020-02-26 physics.app-ph physics.optics
A Photonic Integrated Circuit based Compressive Sensing Radio Frequency Receiver Using Waveguide Speckle
光子集成电路（PIC）包括一个11厘米的多模散斑波导，1 × 32分光器，和线性光栅耦合器阵列的制造和利用接收2 GHz的射频（RF）信号带宽从2.5到4.5 GHz使用压缩传感（CS）。输入的RF信号被调制到输入到多模波导的啁啾光脉冲上。多模波导通过光学散斑产生CS所需的随机投影。使用标准惩罚$l_1$范数方法成功地恢复了2.5和4.5 GHz之间的两个测试RF信号的时变相位和幅度。无源PIC的使用用作朝向压缩感测RF接收器的小型化的初始步骤。
2020-07-21 physics.app-ph physics.optics
Waveguide cavity optomagnonics for broadband multimode microwave-to-optics conversion
腔光磁学已经成为研究相干光子-自旋相互作用以及可调谐微波-光转换的一个很有前途的平台。然而，当前在亚铁磁晶体中实现的腔光磁器件在体积上仍然比现有技术的腔光机械器件大几个数量级，导致非常有限的磁光相互作用强度。在这里，我们展示了一种基于集成波导的腔体光磁器件及其在微波-光转换中的应用。通过设计一个亚铁磁脊形波导，以支持多个磁振子模式与最大模式重叠的光场，我们实现了高的磁光协同性，这是三个数量级以上的抛光YIG球上获得的先前记录相比。此外，我们实现了可调谐转换的微波光子在8.45 GHz左右的1550 nm的光与宽转换带宽高达16.1 MHz。该系统的独特功能在量子光学和磁振子之间的交叉点的新应用。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Anti-symmetric Multimode Waveguide Grating-Assisted Narrowband MZI for Programmable Spectral Shaping Units
Hefei University of Technology（合肥工业大学）；Ningbo University of Technology（宁波工程学院）
提出一种基于反对称多模波导布拉格光栅的窄带马赫-曾德尔干涉仪，实现目标波段内精确传输控制及带外透明，作为可编程片上光谱整形的基本构建块。
2026-05-29 physics.optics
Programmable Phase-change Metasurfaces on Waveguides for Multimode Photonic Convolutional Neural Network
神经形态光子学最近已经成为一种有前途的硬件加速器，与数字电子相比，具有显着的潜在速度和能量优势，用于机器学习算法，如各种类型的神经网络。集成光子网络在执行矩阵向量乘法（MVM）的模拟计算方面特别强大，因为它们为数据传输提供了无与伦比的速度和带宽密度。在集成光子器件中使用非易失性相变材料能够为片上光学计算提供不可或缺的编程和内存计算能力。在这里，我们展示了一个多模光子计算的核心组成的一个阵列的可编程模式转换器的基础上的元表面的相变材料。可编程转换器利用相变材料Ge-Sb-Te在相变过程中的折射率变化来控制波导空间模式，模式对比度高达64级。该对比度用于表示矩阵元素，具有6位分辨率以及正值和负值，以在神经网络算法中执行MVM计算。我们展示了一个光学卷积神经网络，它可以高精度地执行图像处理和分类任务。具有较宽的工作带宽和紧凑的器件尺寸，所展示的多模光子核心是非常有前途的大规模光子处理器的高吞吐量的光神经网络。
2020-07-21 physics.app-ph physics.optics
Integrated switch for simultaneous mode-division multiplexing (MDM) and wavelength-division multiplexing (WDM)
在集成光子芯片上使用模分复用（MDM）来利用多模波导的空间模式，允许前所未有地扩展片上通信的带宽密度。波导之间的切换通道对于未来可扩展的光网络至关重要，但其在多模波导中的实现必须解决如何同时控制具有截然不同光学特性的模式。在这里，我们提出了一个平台，用于切换信号之间的多模波导的基础上单独处理的空间模式通道使用单模元件。使用这个波分复用（WDM）兼容平台，我们演示了一个1x 2的硅芯片，路由低（<-20 dB）串扰的四个数据通道的多模开关。当每个通道分别输入和路由时，当路由10 Gbps数据时，所有通道的误码率均低于10^-9，功率损失低于1.4 dB。当所有四个通道同时路由时，该开关表现出小于2.4 dB的额外功率损失。
2015-02-16 physics.optics
Surface-polaritonic phase singularities and multimode polaritonic frequency combs via dark rogue-wave excitation in hybrid plasmonic waveguide
材料特性和输入场特性限制了非线性电磁场相互作用的可控性。由于这些非线性相互作用可以用来产生强烈的局部亮波和暗波，例如非线性表面极化激元，因此改善这种限制是很重要的。我们提出了我们的方法来改善，这是基于表面极化激元波导重新配置，使激发，传播和相干控制耦合的黑暗流氓波具有正交偏振。我们的控制机制是通过微调激光场强度和它们各自的失谐在原子介质和超材料层之间的界面。特别是，我们利用可控的电磁感应透明（EIT）窗口相称的表面极化激元偏振调制不稳定性，以创建对称和不对称的极化激元频率梳与暗局域波。我们的方法利用原子的自散焦非线性和暗Rogue波的传播，得到一个产生相位奇异性的充分条件。这种方法的基础是我们的理论，该理论考虑了原子介质与非线性表面极化激元波~（SPW）耦合引起的耗散和色散。因此，我们的波导配置作为一个双峰极化激元频率梳发生器和高速相位旋转器，从而打开了纳米光子和量子通信设备中的相位奇点的前景。
2020-03-16 physics.optics
Inverse Design of Compact Multimode Cavity Couplers
在硅光子学中，片上源和腔之间的有效耦合起着关键作用。然而，尽管这种基本功能的重要性，但很少有系统的设计工具来同时控制紧凑型谐振器和单个波导中的多个模式之间的耦合。在这里，我们提出了一个大规模的伴随优化方法来生产波长级波导腔耦合器工作在可调谐和宽频带。我们用数值方法证明了发现的耦合器，可以实现临界，或接近临界，多环腔和一个单一的波导之间的耦合，在多达六个广泛分离的波长跨越$560$ -$1500$ ~nm范围内感兴趣的片上非线性光学器件。
2018-09-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reconfigurable Linear Optical Transformations in a Single Integrated Multimode Waveguide
MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente（特文特大学 MESA+ 纳米技术研究所）；Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院光子与量子电子学研究所）
本文提出在单个集成多模波导中利用分布式热光扰动实现可重构线性光学变换，通过可微分模型和梯度优化，实现高保真度波前整形与矩阵运算，为集成光子处理提供新途径。
2026-09-29 physics.app-ph physics.optics
Non-Hermitian Multimode Interference
多模干涉和自成像是衍射波动光学中的重要现象，在光信号处理、光束整形和光学传感等方面有着重要的应用。这种现象通常是由无损介电引导结构中的正常模式的干涉引起的，然而，破坏模式正交性和对称性的空间非均匀光学增益和损耗的影响被忽视了。在这里，我们认为MMI在非厄米特光学系统中，无论是梯度折射率或耦合光波导结构的光学增益和损耗，并揭示了独特的功能，如镜像和强灵敏度的自成像扰动的情况下，使MMI在非厄米特感兴趣的光学传感波导。
2020-03-01 physics.optics
Evanescently coupled multimode spiral spectrometer
设计了一种基于渐逝耦合多模螺旋波导的高分辨率小型光谱仪。波导中的模式之间的干涉形成波长相关的散斑图案，其用作指纹以在校准之后识别输入波长。螺旋的相邻臂之间的倏逝波耦合导致光谱分辨率的非共振宽带增强。在实验上，我们证明了0.01 nm的分辨率在1520 nm的波长使用250 μm半径的螺旋结构。通过将压缩感知应用于稀疏谱重构，可同时恢复包含40个独立谱通道的谱，并显著提高了操作带宽。
2016-06-30 physics.ins-det physics.optics
A Digital Optical Switch Based on a Thermally Tuned Multimode Waveguide Grating Filter
本文提出一种基于热调制多模波导光栅滤波器的数字光学开关，具有宽电压范围、低功耗和高鲁棒性，适用于AI计算中的光开关应用。
2026-04-26 physics.optics
Quantized conical waves in multimode optical fibers
多模光纤作为一种平台出现，它将弥合体介质中的非线性光学和单模光纤中的非线性光学之间的差距。然而，这两个研究领域之间的过渡的理解仍然是不完整的，尽管大量的调查，模态间的非线性现象和时空耦合。在具有超短和超强脉冲的体介质中观察到的一些惊人现象（即，锥形发射、谐波产生和光子弹）需要更深的理解才能在多模光纤中得以揭示。在这里，我们概括了锥形波的概念，在体介质中描述结构化介质，如多模光纤，其中只有一个离散的和有限数量的模式可以传播。光纤的模态分布提供了锥形发射的量化（例如，量化的X波）通过相位匹配的共振辐射（即，色散波）在时空压缩阶段期间由光学冲击或超短波结构播种。当一个相当强的短脉冲在多模波导中非线性传播时，无论色散区和波导几何形状如何，都会产生这种量子化的无色散和无衍射波。未来在商用多模光纤中的非线性实验可以揭示不同形式的锥形发射和容易控制的超连续光子弹。
2020-10-05 physics.optics
Compact polarization-independent non-volatile optical switches
本文提出一种基于相变材料Sb2S3和多模狭缝波导的紧凑型偏振无关非易失光学开关，在1550 nm处实现串扰小于-21.9 dB、插入损耗小于0.12 dB，适用于可重构光子电路。
2025-08-28 physics.optics
Coupling quasi-phase matching: entanglement buildup in $χ^{(2)}$ nonlinear waveguide arrays
波矢准相位匹配是在20世纪60年代设计的，作为一种增强非线性相互作用的方法，有效的量子噪声压缩是一个杰出的成果。在量子技术时代，我们提出了一种新的耦合准相位匹配方法，用于在非线性波导阵列中有效地产生多模下转换量子光。我们强调这种技术实现多模量子纠缠和爱因斯坦-波多尔斯基-罗森转向建设。我们讨论了这种方法的可行性与当前的技术，并证明其作为连续变量量子信息的资源的竞争力。
2020-03-30 physics.optics quant-ph
Near-field collection of fluorescence of quantum dots with a fiber-integrated multimode plasmonic probe
强的光-物质相互作用和对量子发射体荧光的高效光学收集是量子和纳米光子领域的重要课题。高质量的腔体、色散光子晶体波导甚至等离子体结构被用来增强与量子发射体的相互作用，从而实现对荧光的有效收集。本文提出了一种利用多模银纳米线波导收集量子点荧光的新方法。荧光寿命的测量进行研究量子点和不同的等离子体激元模式之间的耦合。与远场收集方法相比，银纳米线光纤探针理论上可以实现近1的收集效率。这种光纤集成等离子体探针可能在纳米光子学领域中是有用的，也有希望用于量子信息器件。
2017-01-11 physics.optics
Quantum Interference between Transverse Spatial Waveguide Modes
集成量子光学已经将桌面光学实验的尺寸大幅减小到芯片级，从而允许大规模量子信息处理和量子模拟的演示。然而，尽管有这些进步，量子光子电路的实际实现仍然有限，因为它们由波导干涉仪的大型网络组成，这些网络对不易缩放的信息进行路径编码。使用更高的自由度（如横向空间场分布、极化、时间和频率）来增加当前量子系统的维数，以每个载波编码更多信息，这将通过简化量子计算架构、提高量子通信信道的安全性和噪声容限以及模拟更丰富的量子现象来实现可扩展性。在这里，我们展示了一个可扩展的光子量子信息处理平台，该平台使用基于横向空间模式自由度的波导量子线路构建模块：模式多路复用器和模式分束器。多模波导固有地是可以通过扰动耦合到波导的空间和偏振模式的密集封装系统。我们设计了一个多模波导组成的三个空间模式（每偏振）和一个纳米级光栅分束器，以显示在不同的横向空间模式的光子对之间的可调量子干涉。我们还级联这些结构，并证明NOON状态的多模波导内的干涉。这些设备有潜力在更多模式上执行转换，并与现有架构集成，为高维希尔伯特空间和纠缠提供可扩展的路径。
2016-01-01 physics.optics quant-ph
At the threshold of distributed Kerr-lens mode-locking in a Cr:ZnS waveguide laser
本研究验证了中红外Cr:ZnS波导激光器基于非线性空间模式耦合实现时空锁模的可行性，发现泵浦光诱导的软光阑可调控空间模式，为分布式克尔透镜锁模及光子弹形成奠定基础。
2023-01-25 physics.optics
Photonic Lantern
光子灯允许多模波导到离散数量的单模波导的低损耗变换，反之亦然，因此，使得能够在多模系统中使用单模光子技术。在这篇综述中，我们将讨论光子灯笼的理论和功能，以及该技术的几种不同变体。我们还将更详细地讨论它的一些应用。
2015-03-11 physics.optics
