Magnetic-field assisted laser ablation of silicon
从基础和工业的角度来看，在固体烧蚀过程中对激光加工质量的理解和控制具有至关重要的意义。研究了外加磁场对超短脉冲激光加工硅微材料的影响。实验发现，沿激光束定向的这种场提高了材料去除的质量和效率。此外，我们观察到的激光诱导周期性表面结构（LIPSS）的形成在多脉冲制度是由外部磁场的影响。我们的研究结果开辟了一条通往高效和可控的超快激光微加工的道路。
2021-07-01 physics.app-ph physics.optics
The effects of ion implantation damage to photonic crystal optomechanical resonators in silicon
在注入磷施主的绝缘体上硅（SOI）衬底上制作光机械谐振器。然后在衬底退火之前和之后测量谐振器的机械和光学性质（在6开尔文和室温下）。所有测量的谐振器幸存的退火和他们的机械线宽下降，而他们的光学和机械频率增加。这与离子注入造成的晶格损伤一致，导致光学和机械性能劣化，然后通过退火进行修复。我们解释这些影响定性与硅晶格结构的变化。我们还报告了一些无法解释的功能在预退火样品。此外，我们报告部分制造的光机械谐振器与氖离子铣削。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Monolithic quantum-dot distributed feedback laser array on silicon
直接生长在硅上的电泵浦激光器是硅微电子学和光子学的关键接口器件。本文首次报道了一种电抽运、室温、连续波（CW）和单模分布反馈（DFB）激光器阵列，该阵列采用InAs/GaAs量子点（QD）增益材料在硅上外延生长。CW阈值电流低至12 mA和单模边模抑制比（SMSR）高达50 dB的阵列中的各个器件已经实现。的激光器阵列，与国家的最先进的粗波分复用（CWDM）系统兼容，具有良好的对齐的信道间隔为20 - 0.2 nm，并表现出100 nm的记录波长覆盖范围，O波段的全跨度。这些结果表明，硅上外延生长的激光器的性能第一次被提升到接近现实世界的CWDM应用的程度，证明了这项技术的巨大潜力。
2018-04-28 physics.app-ph physics.optics
Detection of the laser induced damage using a He Ne laser reflective imaging technique
针对传统方法在真空下检测激光诱导损伤的局限性，本文提出一种He-Ne激光成像系统，无需在真空室内放置光学元件即可实现四倍放大成像，可检测透明与不透明样品，最小可分辨35 μm损伤，为真空环境下LIDT测试提供原位检测方案。
2025-09-24 physics.optics
Pulse-Duration Scaling of Ultrafast Laser-Induced Damage Threshold in Hybrid Gratings
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
利用动态时域有限差分模型结合线性和非线性吸收模型，研究混合多层介质光栅中超快激光诱导损伤阈值随脉冲宽度的变化，揭示材料带隙和光栅场分布的影响，为设计高损伤阈值光栅提供指导。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Near ultraviolet photonic integrated lasers based on silicon nitride
基于III-V族半导体和硅光子学的组合的低相位噪声激光器在近红外光谱范围内得到了很好的建立。低损耗氮化硅基光子集成谐振器的最新进展使得其在1550 nm通信窗口中的相位噪声和频率捷变性能优于体外部二极管和光纤激光器。在这里，我们展示了第一次的混合集成激光器组成的氮化镓（GAN）为基础的激光二极管和氮化硅光子芯片为基础的微谐振器工作在记录低至410 nm的波长在近紫外波长区域适合于解决原子和离子的原子跃迁原子钟，量子计算，或水下激光雷达。使用自注入锁定到高Q（0.4 $\times$ 10 $^6$）光子集成微谐振器，我们观察到法布里-珀罗激光器在461 nm处的相位噪声降低了大于100 $\times$的因子，受限于器件的品质因数和背反射。
2022-03-29 physics.app-ph physics.optics
Diamond Mirrors for High-Power Lasers
高功率激光器具有许多科学和工业应用。一些关键领域包括制造业中的激光切割和焊接、聚变反应堆或国防应用中的定向能、医学中的激光手术以及半导体行业中的先进光刻技术。这些应用需要光学部件，特别是反射镜，其承受高的光功率以将光从激光器引导到目标。通常，反射镜由不同折射率和厚度的多层涂层组成。在高功率下，这些层中的缺陷导致光的吸收，从而导致热应力和对反射镜的永久损坏。在这里，我们设计，模拟，制造和演示单片和高反射介质镜，在高激光功率下工作而不损坏。这些镜子是通过在单晶金刚石表面蚀刻纳米结构来实现的，单晶金刚石是一种具有特殊光学和热性能的材料。我们测量的反射率大于98%，并证明使用10千瓦的连续波激光在1070 nm，强度高达4.6 MW/cm 2的无损伤操作。相比之下，在这些激光功率，我们观察到损坏的光学涂层的基础上的标准介质镜。我们的研究结果开创了一种新的宽带光学类别，可在极端条件下工作。
2021-03-03 physics.app-ph physics.optics
Ultra-Compact Coupling Structures for Heterogeneously Integrated Silicon Lasers
由于硅固有的间接带隙性质，在绝缘体上硅（SOI）上异质集成半导体激光器对于下一代片上光学互连至关重要。紧凑、高效、高容差的III-V族光源与硅芯片耦合器一直是光子集成电路（PIC）面临的挑战。在这里，我们重新设计了总耦合长度仅为4 μm的锥形绝热耦合器，并提出了另外两种新型耦合长度均为7 μm的缝隙耦合器和桥-SWG耦合器，以实现III-V族激光器和硅芯片的异质集成。理论上研究了经过重新设计的锥形耦合器的光模耦合过程，最终耦合结果与3D-FDTD模拟结果吻合较好。三种紧凑型耦合器的基本TE模式耦合效率均超过90%，桥-SWG耦合器甚至达到95.7%，据我们所知，也是最短的耦合结构（7 μ m）。此外，这些耦合结构还具有优异的制造公差。
2019-06-28 physics.app-ph physics.optics
Modeling crater formation in femtosecond-pulse laser damage from basic principles
我们提出了第一个基本的模拟方法，用于确定由于飞秒脉冲激光损伤的弹坑形态。为此，我们已经适应了通常用于等离子体物理中的粒子在细胞（PIC）的方法用于激光损伤的研究，并开发了第一个实施的对潜在的PIC代码。我们发现，PIC方法是一种补充的方法来模拟激光损伤，弥合完全从头算分子动力学方法和经验模型之间的差距。我们演示了我们的方法，通过模拟飞秒脉冲激光入射到一个平坦的铜板，强度范围。
2015-02-26 physics.optics physics.plasm-ph
Damage threshold and focusability of mid-infrared free-electron laser pulses gated by a plasma mirror with nanosecond switching pulses
闪烁型自由电子激光（FEL）的脉冲训练结构的存在导致聚焦时固体靶的立即损伤。研究表明，采用等离子体镜对中红外自由电子激光脉冲进行选通，可以显著提高激光损伤阈值。虽然我们采用的开关脉冲具有纳秒的持续时间，这并不能保证干净的波前的选通FEL脉冲，高的可聚焦性是通过观察到的光谱展宽的一个因素2.1，当我们紧紧地聚焦到Ge板上的选通FEL脉冲实验证实。
2013-10-29 physics.optics
Demonstration of room-temperature continuous-wave operation of InGaAs/AlGaAs quantum well lasers directly grown on on-axis silicon (001)
本文报道了直接生长在轴硅（001）上的InGaAs/AlGaAs量子阱激光器的室温连续运转。首先在金属有机化学气相沉积系统中在硅衬底上生长了420 nm厚的完全无反相畴的GaAs外延层，然后在分子束外延系统中相继生长了包括四组五周期应变层超晶格和激光结构层的其他外延层。该激光器被制备为宽带法布里-珀罗激光器，其条宽为21.5 μ m，腔长为1 mm。典型地，阈值电流和相应的阈值电流密度分别为186.4 mA和867 A/cm 2。在注入电流为400 mA时，激光输出波长为980 nm，斜率效率为0.097 W/A，单端面输出功率为22.5 mW。这一进展使得与量子阱激光器相关的硅基单片光电子集成更有前途，具有更高的可行性。
2022-07-29 physics.app-ph physics.optics
Damage threshold evaluation of thin metallic films exposed to femtosecond laser pulses: the role of material thickness
飞秒脉冲激光器的使用由于其能够促进在微米和纳米长度尺度上制造精确图案的能力而受到显著关注。有效的材料加工的一个关键问题是准确确定与激光峰值能量密度相关的损伤阈值，在该阈值下，在被照射的固体表面上发生最小的损伤。尽管以前的大量报道集中在评估导致损伤的激光条件上，但对尺寸与光学穿透深度相当的薄膜的光学和热响应的研究仍然是一个未探索的领域。在这份报告中，详细的理论分析的各种参数的影响，如光子能量和材料厚度对各种金属（金，银，铜，铝，镍，钛，铬，不锈钢）的损伤阈值进行了研究。一个多尺度的物理模型，相关的能量吸收，电子激发，弛豫过程和最小的表面改性，导致材料损伤的发病。理论模型与一些实验结果的令人满意的协议表明，损伤阈值评估方法可以代表一个系统的方法，设计高效的基于激光的制造系统和优化的处理结果，为各种应用。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
High-performance lasers for fully integrated silicon nitride photonics
具有超低光损耗的氮化硅（SiN）波导实现了集成光子应用，包括低噪声、窄线宽激光器、芯片级非线性光子学和微波光子学。激光器是SiN光子集成电路（PIC）的关键部件，但是由于它们与高折射率III-V增益材料的大失配，难以与低折射率SiN波导完全集成。最近的多层异质集成演示提供了一个实用的解决方案，并使第一代激光器与SiN波导完全集成。然而，在光子学应用聚集的电信波长处具有高器件成品率和高输出功率的激光器仍然缺失，受到大的模式转换损耗、非优化的腔设计和复杂的制造工艺的阻碍。在这里，我们报告了SiN上的高性能激光器，通过SiN波导和亚kHz基本线宽输出数十毫瓦，解决了所有上述问题。我们还表明，赫兹级的线宽激光器是可以实现的集成技术。这些激光器与高$Q$ SiN谐振器一起，标志着迈向全集成低噪声氮化硅光子平台的里程碑。这种激光器应该在激光雷达，微波光子学和相干光通信中找到潜在的应用。
2021-04-17 physics.app-ph physics.optics
Transverse Ultrafast Laser Inscription in Bulk Silicon
硅的体内超快激光直写通常受到强非线性传播效应的限制，从而阻止了改性的开始。通过在光谱，时间和空间域中采用三重优化程序，我们证明了硅内部可以重复产生修改。我们的方法依赖于在$\approx 2$ - $μ$ m波长下用时间畸变的飞秒脉冲照射。这些脉冲集中的方式，不同的起源抵消球面像差，预测的点扩散函数分析和非线性传播模拟的良好协议。我们还建立了一个脉冲到脉冲的基础上，这使我们能够证明硅内的各种线形态取决于照射条件的横向铭文的法律修改增长。我们最后表明，生产的单脉冲可重复的修改是一个必要条件，可靠的横向铭文内硅。
2021-04-25 physics.app-ph physics.optics
Laser Induced Damage Studies in Borosilicate Glass Using nanosecond and sub nanosecond pulses
研究了不同脉宽的激光脉冲对硼硅酸盐玻璃的损伤机理，硼硅酸盐玻璃广泛用于制作约束几何靶，而约束几何靶对激光驱动冲击波倍增和压力脉冲展宽具有重要作用。测量了硼硅酸盐玻璃的前、后表面损伤阈值及其与激光参数的关系。在本文中，我们还研究了在等离子体形成时产生的损伤直径的热效应。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和拉曼光谱对这些损伤的宽度、几何形状和微观结构的变化进行了测量和分析。结果表明，在低能量下，激光损伤是对称的，损伤宽度随激光强度的增加呈非线性增加。研究了击穿过程中的发射光谱，并将其用于表征发射等离子体的温度和自由电子密度。采用Si I在500 nm处、Si II在385 nm处和Si III在455 nm处的光发射线进行温度计算。
2016-01-13 physics.optics physics.plasm-ph
Thermal performance of GaInSb quantum well lasers for silicon photonics applications
实现硅光子学的关键部件是在接近1.55 $μ$ m的重要通信波段中工作的集成激光器。一种方法是通过使用可以直接在硅上生长的基于GaSb的合金。在这项研究中，硅兼容应变镓$_{0.8}$在$_{0.2}$锑/铝$_{0.35}$镓$_{0.65}$作为$_{0.03}$锑$_{0.97}$复合量子阱（CQW）激光器生长在GaSb衬底上发射在1.55 $μ$米已开发和研究其热性能。变温和高压技术被用来研究器件设计对性能的影响。这些测量结果表明，器件的温度依赖性主要由载流子泄漏到Al $_{0.35}$ Ga $_{0.65}$ As $_{0.03}$ Sb $_{0.97}$势垒层的X最小值占室温下阈值电流的43%。通过改进CQW设计可以改善器件性能，而通过优化阻挡层成分可以改善载流子限制。这项研究提供了有价值的设计见解，单片集成的砷化镓基激光器在硅上。
2020-12-24 physics.app-ph physics.optics
Hybrid integrated semiconductor lasers with silicon nitride feedback circuits
混合集成半导体激光器源提供极窄的光谱线宽以及嵌入到集成光子电路中的兼容性，对于广泛的应用具有高度重要性。我们提出了一个概述，我们最近开发的混合集成二极管激光器的反馈，从低损耗氮化硅（Si3N4在SiO2）电路，提供子100赫兹的水平的本征线宽，高达120 nm的光谱覆盖范围约1.55 μ m波长，和输出功率超过100 mW。我们展示了双波长操作，双增益操作，激光频率梳的产生，目前的工作实现可见光混合集成二极管激光器。
2019-12-18 physics.app-ph physics.optics
Monolithic Integration of Embedded III-V Lasers on SOI
硅光子集成由于其优良的光学器件特性和互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容性，在许多应用领域取得了巨大的成功。在单个硅晶片上实现III-V族激光器和硅光子组件的单片集成被认为是超密集光子集成的长期障碍，超密集光子集成可以提供相当经济、节能和可在制造厂扩展的片上光源，这尚未被报道。在这里，我们展示了嵌入式InAs/GaAs量子点（QD）激光器直接生长在沟槽绝缘体上硅（SOI）衬底，实现单片集成对接耦合硅波导。利用SOI沟槽内的光栅结构和独特的分子束外延（MBE）外延方法，在此模板上实现了高性能的外耦合硅波导嵌入式InAs量子点激光器。通过解决这种单片集成结构中的外延和制造挑战，获得了SOI上的嵌入式III-V族激光器，其连续波激射高达85 oC。从对接耦合硅波导的末端可以测量到6.8mW的最大输出功率，估计耦合效率约为-7.35dB。本文提出的结果提供了一种可扩展的低成本外延方法，用于实现直接耦合到硅光子器件的片上光源，用于未来的高密度光子集成。
2022-07-16 physics.app-ph physics.optics
Semiconductor laser mode locking stabilization with optical feedback from a silicon PIC
半导体锁模激光器可用于从WDM通信系统的多载波源到计量学的时基基准的各种应用中。然而，它们在紧凑的芯片或模块级系统中的封装仍然受到其对背反射的强烈敏感性的负担，从而迅速破坏锁模的相干性。在这里，我们调查的锁模激光器直接边缘耦合到硅光子集成电路的稳定，与移动隔离器下游的光子电路的输出的目的。一个2.77 kHz的3 dB的RF线宽，大大改善相比，自由运行的激光器的15.01 kHz，在最好的情况下获得。即使在存在来自光子电路的有害反射的情况下，也实现了从20 kHz到8.82 kHz、从572 kHz到14.8 kHz以及从1.5 MHz到40 kHz的显著线宽减小。
2019-05-14 physics.app-ph physics.optics
Phase field model of Coulomb explosion damage in solid induced by ultrashort laser
针对超短激光诱导固体非热损伤缺乏连续介质力学模型的问题，本研究提出基于Allen-Cahn动力学相场变量的模型，经数值模拟验证其有效性，可预测不同激光条件下的损伤形态，为超快激光加工优化提供工具。
2025-04-17 cond-mat.other physics.comp-ph physics.optics
Design of a monolithic low-threshold narrow-linewidth cw mid-IR silicon Raman laser
我们提出了一个光泵单片全硅中红外（MIR）拉曼激光器的设计和预期的性能。对于所提出的在2.71 μ m泵浦波长下泵浦的3.15 μ m连续激光器设计，我们估计阈值泵浦功率< 10 mW，估计输出激光线宽<50 MHz。该设计可能为第一台中红外硅拉曼激光器的演示铺平道路。
2018-06-10 physics.optics
A silicon Brillouin laser
布里渊激光振荡器提供强大而灵活的动力学特性，是各种光学系统中锁模激光器、微波振荡器和光学陀螺仪的基础。然而，在传统的硅光子波导中，布里渊相互作用非常弱，抑制了硅基布里渊激光器的发展。最近出现的混合光子-声子波导揭示了布里渊相互作用是硅中最强和最可剪裁的非线性之一。在这里，我们利用这些工程非线性，以证明布里渊激光在硅。此外，我们表明，这种基于硅的布里渊激光器进入一个有趣的制度的动力学，其中光学自振荡产生声子线宽变窄。我们的研究结果提供了一个平台，以开发一系列的应用单片集成在硅光子电路。
2018-09-19 physics.optics
Faraday isolator based on crystalline silicon (c-Si) for 2 micron laser radiation
研究了单晶硅的磁光特性与波长和温度的关系。
2022-02-03 physics.optics
A Fully Three-Dimensional Kinetic Particle-In-Cell Framework for Modeling Laser-Dielectric Interactions: Few-Cycle Pulse Damage
本研究修改开源PIC代码EPOCH构建全三维动力学框架，新增分子光电离等模型，经体二氧化硅实验基准验证后用于少周期脉冲激光损伤模拟，为电介质损伤机制研究提供新视角。
2025-02-19 physics.optics physics.plasm-ph
An silicon nanocrystal laser
硅激光器是单片集成硅光子学中最具挑战性的器件。在这里，我们报告了第一个成功的全硅激光器在室温下基于硅纳米晶体（Si NC）具有高的光学增益。活性Si NC层由氢倍半硅氧烷（HSQ）制成，该氢倍半硅氧烷（HSQ）已经经历相分离退火，然后进行高压氢钝化。利用纳米压印技术在有源层上制作了二阶布拉格光栅作为分布反馈（DFB）激光腔。利用飞秒激光脉冲对该器件进行光泵浦。激光作用的标准，即，明显实现了阈值效应、偏振依赖性和受激发射的显著光谱窄化，标志着全硅激光器的实现。
2017-09-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Coupling Efficiency and Laser-Induced Damage Threshold Characterization of an End-Capped Optical Fiber with a Sub-Nanosecond Pulsed Laser
University of Crete（克里特大学）；Foundation for Research and Technology Hellas（希腊研究与技术基金会）
实验测量了532 nm亚纳秒脉冲激光下保偏端帽光纤的耦合效率和损伤阈值，开发了自由空间耦合阵列解决低效问题，并观察到高功率密度下的损伤特性。
2026-06-28 physics.optics
1305 nm MoTe2-on-silicon Laser
硅光子学拼图中缺少的一块是可以很容易地纳入标准硅制造工艺的光源。最近的进展，在原子级薄层的半导体过渡金属二卤化物（TMD），直接带隙在近红外区域的发展，开辟了新的可能性，以满足这一需求。在这里，我们报告了一个独特的硅激光源，采用二碲化钼（MoTe 2）作为增益材料的光子晶体纳米腔谐振器，在绝缘体上的硅制造。我们演示了光泵MoTe 2硅基器件在1305 nm处发射激光，即在光通信中使用的O波段的中心，在连续波（CW）制度下工作，在室温下，阈值功率密度低至1.5 kW/cm 2。这种2D硅基几何结构提供了集成低成本电泵浦纳米级硅光源的前景，从而为硅光子学平台添加了一个重要的构建模块。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Optical damage threshold of Au nanowires in strong femtosecond laser fields
超短，强烈的光脉冲允许在光学非线性制度的纳米材料的研究，可能导致光电子学，在千兆赫域中操作。这些非线性区域通常刚好在损伤阈值以下，因此需要仔细调整激光参数以避免材料的熔化和分解。因此，需要对纳米材料的损伤阈值进行详细的研究。我们目前的结果时，强烈的飞秒脉冲照射的金纳米线的损伤阈值。这些纳米线是用定向电化学纳米线组装（DENA）工艺以两种配置合成的：（1）W电极上的独立式Au纳米线和（2）附接到熔融二氧化硅载玻片的Au纳米线。在这两种情况下，线具有单晶结构。对于持续时间为108 fs和32 fs，在790 nm，重复频率为2 kHz的激光脉冲，我们发现，独立的纳米线熔化的强度接近3 TW/cm $^2$和7.5 TW/cm $^2$，分别。附着在二氧化硅载玻片上的Au纳米线在略高的强度下熔化，对于32 fs脉冲，刚好高于10 TW/cm $^2$。我们的结果可以解释与电子-声子相互作用模型，描述了吸收的激光能量和随后的热传导通过导线。
2013-12-13 physics.optics
Hybrid vertical-cavity laser with lateral emission into a silicon waveguide
我们实验证明了一个光泵III-V/Si垂直腔激光器与横向发射到硅波导。这种片上混合激光器包括分布式布拉格反射器、III-V有源层和高对比度光栅反射器，其同时将光汇集到与激光器集成的波导中。该激光器具有长波长垂直腔面发射激光器的优点，如低阈值和高边模抑制比，同时允许与硅光子电路集成，并使用CMOS兼容工艺制造。它具有超过100 Gbit/s的超高速操作的潜力，并具有一种新颖的横模控制机制。
2014-11-10 physics.optics
High-performance silicon-metal laser welding resisting extreme conditions
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；IL Metronic Sensortechnik GmbH（IL Metronic传感器技术有限公司）；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）
本文通过优化亚纳秒脉冲激光焊接的多项参数，实现了强度达15.8 MPa、耐500°C高温且气密性良好的硅-可伐合金接头，拓展了硅-金属焊接在多领域的应用。
2026-08-31 physics.app-ph physics.optics physics.space-ph
Single-Shot Multi-Stage Damage and Ablation of Silicon by Femtosecond Mid-infrared Laser Pulses
尽管超快激光材料加工在过去二十年中以惊人的速度发展，但大多数应用都是利用近红外或可见光波长的激光脉冲开发的。中红外（MIR）飞秒激光源的最新进展可能会为材料加工创造新的能力。这是因为，在这种处理所需的高强度下，波长调谐到更长的波长打开了通向激光-固体相互作用的特殊机制的路径。在这些条件下，由于$λ^2$标度，激光驱动的电子的有质动力能量可以显著超过光子能量、带隙和电子亲合势，并且可以主导地驱动吸收，导致超快激光-固体相互作用的传统概念的范式转变。高强度超快MIR激光与固体的不可逆相互作用是这方面的主要兴趣，但迄今为止还没有系统的研究。为了解决这个根本的差距，我们进行了详细的实验研究的高强度超快修改硅单飞秒MIR脉冲（$λ$ = 2.7 - 4.2 $μ$ m）。超快熔化，与硅氧化物表面层的相互作用，和烧蚀的氧化物和晶体表面的非原位特征在于扫描电子，原子力，和透射电子显微镜结合聚焦离子束研磨，电子衍射，和$μ$ -拉曼光谱。激光诱导损伤和烧蚀（LIDA）阈值作为激光波长的函数进行测量。传统的理论模型不能再现损伤阈值的波长标度。为了解决分歧，我们讨论了可能的新途径的能量沉积驱动的有质动力能量和场效应特性的MIR波长制度。
2019-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dual-wavelength femtosecond laser-induced low-fluence single-shot damage and ablation of silicon
本研究探究1030nm与515nm飞秒脉冲对硅的双波长烧蚀机制，发现低注量下短波长脉冲先作用、30-100ps长延迟时烧蚀效率更高，源于热液层膨胀降低表面反射率，为能量沉积调控提供支撑。
2024-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
On the initiation of fiber fuse damage in high-power ytterbium-doped fiber lasers
光纤熔断效应可以自发发生并沿光纤传播，造成广泛的损伤，它威胁着所有涉及光纤的应用。本文提出了两个结果。首先，它确立了石英光纤中的光纤熔丝（IFF）的引发是由缺陷引起的吸收引起的。采用三维固体热传导模型，以缺陷诱导吸收为热源，首次模拟了IFF的临界温度和临界光功率。在这种方法中，可以唯一地确定的缺陷的形成能，这提供了关键的信息的化学原因，光纤熔断。其次，本文提出了一种光纤激光器工作温度的评估方法。推导了增益光纤工作温度的一般解析解。计算了976 nm激光二极管（LD）泵浦和1018 nm串联泵浦的10/130 μm掺镱光纤（YDF）放大器的放大结果。讨论了光纤熔丝可能带来的限制。
2022-06-12 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
Non-contact photoacoustic imaging with a silicon photonics-based Laser Doppler Vibrometer
本文提出一种基于硅光子学激光多普勒测振仪的非接触式光声成像方法，使用紧凑型脉冲激光二极管激发并扫描LDV光束，在模拟血管的硅胶样品上实现了二维光声图像重建，检测到生理范围内的光声信号。
2024-02-14 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Hybrid Integration of Quantum Cascade Lasers with Germanium-on-Silicon waveguides for Mid-Infrared Sensing Applications
本文提出将量子级联激光器条倒装焊到硅基锗波导上的无源对准混合集成方案，实现45%耦合效率和20-30 mW波导耦合功率，为中红外集成光子系统提供可扩展路径。
2025-07-18 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Hybrid integrated mode-locked laser diodes with a silicon nitride extended cavity
集成半导体锁模激光器在许多应用中显示出前景，并且使用通用InP光子集成平台容易制造。然而，在这种平台中提供的无源波导具有相对高的线性和非线性损耗，这限制了这些激光器的性能。通过用例如外腔扩展这种激光器，可以显著提高性能。在本文中，我们首次证明了高性能锁模激光器可以实现与对接耦合集成技术，使用芯片级氮化硅波导。采用独立于平台的SiN/SU 8耦合器设计来耦合氮化硅外腔和III/V有源芯片。锁模激光器在2.18 GHz和15.5 GHz的重复率证明与洛伦兹RF线宽几个数量级小于已被证明在单片InP平台。对于2.18 GHz激光器，RF线宽为31 Hz。
2021-03-03 physics.optics
Visible luminescence from hydrogenated amorphous silicon modified by femtosecond laser radiation
利用飞秒激光辐照氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，在空气中制备了SiO2/SiO2/SiO2纳米晶复合材料，并观察到了可见光发射。光致发光起源于硅微晶与SiO2基体界面处的缺陷态。该方法可用于制备发光层以提高a-Si：H太阳电池的能量转换。
2012-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single molecule imaging with longer x-ray laser pulses
在过去的五年里，使用X射线激光脉冲的连续飞秒晶体学已发展成为一种强大的技术，用于从微米和亚微米尺寸的晶体中确定蛋白质分子的原子结构。这种成功的关键原因之一是“自选通”脉冲效应，由此X射线激光脉冲不需要跑过所有辐射损伤过程。相反，X射线引起的损伤在脉冲完成其通过样品之前终止布拉格衍射，就好像布拉格衍射是由相等强度的较短脉冲产生的一样。因此，连续飞秒晶体学不需要像曾经认为的那样用短至5- 10 fs的脉冲来执行，而是可以在持续时间为50- 100 fs的脉冲下成功。我们在这里表明，类似的门效应适用于单分子衍射相对于空间不相关的损伤过程，如电离和离子扩散。在衍射对比度的计算中，通过将平均结构的衍射与来自由于损伤（“损伤噪声”）引起的结构的统计波动的衍射分开计算，可以清楚地看到该效果。我们的研究结果表明，亚纳米单分子成像与30- 50飞秒脉冲，像那些在目前运行的设施，还不应该被排除在外。我们提出的理论开辟了新的实验途径来测量损伤对单颗粒衍射的影响，这是需要测试损伤模型和确定最佳成像条件。
2015-04-21 physics.optics
Biomolecular imaging and electronic damage using X-ray free-electron lasers
利用飞秒X射线自由电子激光（XFEL）脉冲从衍射实验确定生物分子结构的提议涉及实现衍射极限原子分辨率所需的入射亮度与由照射引起的电子和结构损伤之间的冲突。在这里，我们表明，之前对以这种方式获得生物分子结构的条件的估计具有过度的限制性，因为它们基于不适合所提出的相互作用条件的相干衍射模型。一个更详细的成像模型，来自光学相干理论和量子电动力学被证明是更宽容的电子损伤。核密度被用作分子结构的主要描述符。该方法的基础也可用于表征电动过程进行散射实验上的已知结构的复杂分子。
2010-07-01 physics.atm-clus physics.bio-ph physics.optics
Non-saturation intensity dependence of anisotropic third-order optical nonlinearity approaching the damage threshold in ZnSe and GaP
本文利用飞秒泵浦-探测研究ZnSe和GaP接近损伤阈值时各向异性三阶光学非线性的强度依赖，发现TBC和TPA的取向调制幅度随泵浦强度增大而增大，证明短相互作用长度下非线性效应在损伤阈值前保持非饱和。
2023-12-04 physics.optics
Direct observation of the reversible and irreversible processes in femtosecond laser-irradiated fused silica at the near-damage-threshold fluence
对于近100 fs，795 nm激光脉冲辐照的熔石英，基于波长简并泵浦-探测技术的瞬态透射光谱清晰地呈现出两个动力学过程，分别对应于激光光场的瞬时效应和自由电子动力学的延迟效应。可逆的，瞬时的过程起源于三阶非线性光学响应（特别是光学克尔效应）归因于虚光场电离（VOFI），显着有助于非线性光学偏振与能量交换恢复。而不可逆的延迟过程源于初始实光场电离（ROFI）和随后的碰撞电离（II）产生的自由电子等离子体效应，负责能量耗散和光学击穿。飞秒波长简并泵浦探测光谱技术可以同时探测熔石英强场非线性极化和电离过程中的VOFI、ROFI和II，并提供灵活的方法来区分不同的机制。对于近100-fs的脉冲，我们的结果证实，II提供了一个典型的延迟时间约300 fs是负责熔融石英的光学击穿。
2018-12-14 physics.optics
946-nm Nd:YAG digital-locked laser at $1.1\times10^{-16}$ in 1 s and transfer-locked to a cryogenic silicon cavity
我们提出了一个Nd：YAG超稳定激光系统，工作在946 nm，并证明了分数频率不稳定性的$1.1\times10^{-16}$在1秒，通过预稳定到一个30厘米长的ULE腔在室温下。所有关键的模拟组件都已被基于FPGA的数字电子设备所取代。为了达到低于$10^{-16}$水平的不稳定性，我们将稳定到低温硅腔的1542 nm激光器的稳定性转移到946 nm激光器，该低温硅腔在1 s时表现出$4\times10^{-17}$的分数频率不稳定性。
2019-03-29 physics.optics
Continuous-wave operation and 10-Gb/s direct modulation of InAsP/InP sub-wavelength nanowire laser on silicon photonic crystal
利用低温下的光抽运技术，在硅光子晶体上实现了亚波长（~111 nm直径）单纳米线（NW）连续波（CW）激光器，并实现了10 Gb/s的直接调制。为了估计小信号响应和伪随机位序列（PRBS）调制我们的CW激光器，我们采用了一种新的信号检测技术，采用超导单光子探测器和时间相关单光子计数模块。结果表明，我们的NW激光器在10 Gb/s以上被明确调制，并获得了一个开放的眼模式。这是第一个演示的电信波段CW NW激光器与高速PRBS调制。
2017-02-09 physics.optics
Room Temperature InP DFB Laser Array Directly Grown on (001) Silicon
充分利用硅光子学平台需要一种全新的方法来实现高性能激光源，这些激光源可以直接使用晶圆级制造方法进行集成。直接带隙III-V半导体允许有效的光产生，但是晶格常数、热膨胀和晶体极性的大失配使得它们直接在硅上的外延生长极其复杂。在这里，使用选择性区域生长技术在有限的区域，我们超越了这一基本限制，并展示了光泵浦InP基分布反馈（DFB）激光器阵列生长在（001）-硅在室温下工作，适合波分复用应用。新的外延技术将穿透位错和反相边界抑制到小于20 nm厚的层，而不影响器件性能。使用由标准自上而下光刻图案化限定的平面内激光腔以及高产率和高均匀性提供了可扩展性和实现与光子电路和III-V FINFET逻辑的成本有效的共集成的直接路径。
2015-01-13 physics.optics
Studies of Optical Damage in Photorefractive Single LiNbO3 Crystals using Imaging Polarimetry
实验研究了光折变材料LiNbO_3单晶的光损伤。用连续Ar激光（波长488 nm）聚焦到35？我的位置。利用成像偏振仪获得了诱导双折射图。展示了用于检测光折变材料中的激光诱导损伤的实验装置的有前途的资源。
2007-08-15 physics.gen-ph physics.optics
A thulium-silicon hybrid microdisk laser
硅光子技术通过利用几十年来为集成硅电子器件开发的材料和先进制造方法，实现了紧凑，低功耗和成本效益的芯片上光学微系统。硅代工厂现在提供高性能光学电路所需的许多标准构建模块，包括光波导、滤波器和多路复用器等无源元件以及高速调制器、开关和光电探测器等有源光电元件。然而，由于硅是一种较差的发光材料，因此片上光源仍然是代工产品的重大挑战。目前的光源集成方法被认为是复杂的，需要不兼容和/或昂贵的材料和处理步骤。在这里，我们报告了一个超紧凑的硅光子激光器组成的铥-硅混合微盘谐振器。微盘的设计是简单的，并与所有硅光子铸造厂可用的制造步骤和器件尺寸兼容，而增益介质是在后端（最后一步），室温溅射沉积中添加的。这种方法允许低成本和大批量的晶圆级制造以及光源与硅无源和有源器件的共集成，而不需要对标准工艺流程进行调整。混合激光器在1.6 μ m左右的标准电信波长下泵浦，发射约1.9 μ m，这是一个新兴的光谱区域，对通信，非线性和量子光学以及硅上的传感非常感兴趣。
2021-04-21 physics.optics
Spiking Photonic Neurons Based on Two-Section InP Quantum-Well Lasers Integrated on Silicon
University of West Attica（西阿提卡大学）；CEA-Leti；Scintil Photonics（Scintil光子公司）
该研究通过实验探究硅集成双段InP量子阱激光器的尖峰动力学，实现多种类神经元工作模式，明确设计参数对尖峰特性的影响，为可扩展神经形态光子集成电路奠定基础。
2026-07-30 physics.optics
SWCNT@BNNT with 1D van der Waals Heterostructure with a High Optical Damage Threshold for Laser Mode-locking
单壁碳纳米管包裹亚硝酸硼纳米管（SWCNT@BNNT）是一种具有一维范德华（1D-vdW）异质结构的新型纳米材料。在本文中，我们证明了单壁碳纳米管@BNNT具有增强的光功率耐受性相比，原始的单壁碳纳米管，同时表现出光学饱和吸收特性。在13 kW/cm 2的光功率强度下，发现SWCNT@BNNT的寿命比SWCNT长2，270倍，吸光度下降1%。利用SWCNT@BNNT作为可饱和吸收体，实现了1GHz高重复频率的短腔锁模激光器。我们已经表明，制造具有1D-vdW异质结构的纳米材料的技术可以修改和增强封装的纳米材料的光学性质。
2020-11-10 physics.optics
Influence of Inter-Pulse Delay and Geometric Constraints on Damage and Optical Characteristics in thin Metal Targets Irradiated by Double Ultrashort Laser Pulses
Institute of Electronic Structure and Laser (IESL), Foundation for Research and Technology (FORTH)（电子结构与激光研究所，研究与技术基金会）
本文研究双超短激光脉冲对薄金属靶损伤和光学特性的影响，通过理论分析探讨脉冲间隔和几何约束对激光诱导损伤阈值的影响，为激光微加工和纳米制造提供理论基础。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High Speed WDM Interconnect Using Silicon Photonics Ring Modulators and Mode-Locked Laser
我们展示了一个8的14 Gbps兼容的WDM链路的基础上，单节半导体锁模激光器，硅光子谐振环调制器和联合信道再放大与半导体光放大器在线性制度。单个通道达到25 Gbps的数据速率，信号质量因子高于7。
2015-10-26 physics.ins-det physics.optics
Influence of Antireflection Si coatings on the Damage Threshold of fused silica upon irradiation with Mid-IR femtosecond laser pulses
本研究探究不同厚度Si增透膜对中红外飞秒脉冲辐照下熔融石英损伤阈值的影响，发现Si/SiO₂结构的反射、透射特性具厚度依赖性，可用于调节基底损伤阈值，为中红外增透涂层设计提供新路径。
2023-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Ionization dynamics and damage conditions for transparent materials irradiated with Mid-Infrared femtosecond pulses
在透明材料的中红外光谱区域使用超短激光源旨在为激光图案化开辟新的途径，并在光学和光子学中获得大量令人兴奋的应用。为了阐明材料响应中红外激光源的照射，长波长飞秒脉冲与电介质材料的相互作用的一致性分析。的脉冲持续时间的影响，特别是，强调对指定的激光参数的光电离和碰撞电离是重要的。使用脉冲在2.2妈妈，3.2妈妈和5妈妈的模拟结果进行说明的最佳条件的发生有关的光学击穿的固体上的损伤的发病。结果预测，在所有激光波长下，损伤阈值为~ $τ_p^α$（0.31< $α$ <0.37）。考虑到诱导激发能级对表面等离子体激元（SP）激发的显著影响（SP是形成垂直于激光偏振方向的激光诱导周期结构（LIPSS）的原因），还讨论了在这一尚未探索的光谱区域中产生的电子密度与SP和SP激发阈值（~ $τ_p^β$，0.33< $β$ <0.39）的相关性。结果预计将允许一种新的表面图案化的方法与先进的应用程序的强中红外脉冲。
2023-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Laser-Driven Electron Lensing in Silicon Microstructures
我们展示了一个激光驱动的，可调谐的电子透镜制作在单片硅。该透镜由硅柱阵列组成，该硅柱阵列由来自光学参量放大器的两个300 fs、1.95 $μ$ m波长、nJ级激光脉冲对称泵浦。柱结构的光学近场将电子聚焦在垂直于柱轴的平面中。在100 $\pm$ 10 MV/m入射激光场的情况下，透镜焦距测量为50 $\pm$ 4 $μ$ m，其对应于1.4 $\pm$ 0.1 MT/m的等效四极聚焦梯度$B'$。通过改变入射激光场强度，可以将透镜从21 $\pm$ 2 $μ$ m焦距（$B'>3.3$ MT/m）调谐到厘米级的焦距。
2019-02-01 physics.acc-ph physics.optics
