A Semiconductor Topological Photonic Ring Resonator
在两个拓扑结构不同的光子晶体之间的界面处产生单向光子边缘态。在这里,我们展示了一个微米级的GaAs光子环形谐振器,使用自旋霍尔型拓扑光子晶体波导。嵌入式InGaAs量子点用于探测器件的模式结构。我们绘制了谐振腔模式的空间分布图,并通过调整光子晶体晶格参数来控制模式限制。边缘态的固有手性使它们对集成量子光子学中的应用感兴趣,并且谐振器代表了开发具有嵌入式量子发射器的此类设备的重要构建块。
2020-02-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Photonic-crystal-reflector nano-resonators for Kerr-frequency combs
我们展示了克尔频率梳产生与纳米制造的法布里-珀罗谐振器与光子晶体反射器(PCR)端镜。PCR群速度色散(GVD)被设计为抵消在薄的450 nm氮化硅器件层上制造的矩形波导的强法向GVD。反射器为谐振腔提供了克尔梳产生所需的高光学品质因数和异常GVD。我们报告的设计,制造和表征的设备,在1550 nm的波长波段,包括GVD光谱和品质因数。克尔梳的产生是通过用连续波(CW)激光激发器件来实现的。PCR的多功能性使克尔非线性谐振器过程的一般设计原理和材料独立的设备基础设施成为可能,为光的操纵开辟了新的可能性。可见光和多光谱带谐振器似乎是PCR方法的自然延伸。
2019-04-17 physics.app-ph physics.optics
Photoconductive Heaters Enable Control of Large-Scale Silicon Photonic Ring Resonator Circuits
许多基于环形谐振器的大规模硅光子系统已经被设想用于从生物医学传感到量子计算和机器学习的应用。然而,由于缺乏用于控制环形谐振器的可扩展解决方案,实际演示仅限于具有几个环的系统。在这里,我们证明,大型系统可以控制只使用掺杂波导元件内的环,同时保持其面积和成本。我们测量波导的大的光电导变化,用于监测环在高动态范围内的谐振条件,并利用其热光效应进行调谐。这使我们能够控制环形谐振器,而不需要额外的组件,复杂的调谐算法,或额外的电气I/O。我们展示了自动谐振对齐的31个环的16 × 16开关和14环耦合谐振器光波导,使它们成为最大的,但最紧凑的,自动控制硅环谐振器电路迄今为止,尽我们所知。
2021-12-09 physics.app-ph physics.optics
Gallium arsenide whispering gallery mode resonators for terahertz photonics
本文提出一种砷化镓圆盘回音壁模式谐振器,通过单点金刚石车削制造,在太赫兹频段实现高Q值,并演示金属诱导的蓝移,可用于太赫兹非线性光学与集成光子平台。
2023-06-20 physics.app-ph physics.optics
Cooperative-Memory Photonic Reservoir using Modulation Nonlinearity: Circumventing the Speed Constraints of Nonlinear Silicon Microring Resonators
本文提出一种利用调制非线性和电子输出层协同记忆的光子储层,规避硅微环非线性速度限制,实现快一个数量级的计算,并在多项预测任务及光通信均衡中表现优异。
2025-04-23 physics.app-ph physics.optics
Post-Fabrication Trimming of Silicon Photonic Ring Resonators at Wafer-Scale
基于硅环形谐振器的器件,如调制器、检测器、滤波器和开关,在用于光通信、高性能计算和传感应用的集成光子电路中发挥着重要作用。然而,对制造变化的高敏感性限制了它们的批量制造能力和商业采用。在这里,我们报告了一种低成本的制造后微调方法来调整硅环形谐振器的谐振波长,并在晶圆级的制造变化进行校正。我们使用Ge植入物在环形谐振器中创建折射率可微调部分,并使用片上加热器来应用精确的局部热退火以将其谐振调谐并设置为所需的波长。我们展示了在300 mm绝缘体上硅(SOI)晶片上制造的环形谐振器的谐振波长微调到1310 nm目标波长的+/-32 pm以内,为大批量制造提供了一条可行的途径,并为这些器件开辟了新的实际应用。
2022-03-04 physics.app-ph physics.optics
Enhanced Q-factor and effective length silicon photonics filter utilizing nested ring resonators
本研究提出一种由开环和跑道形谐振器构成的嵌套耦合环形谐振器设计,通过实验验证将品质因子提升四倍,适用于紧凑型光学传感器和延迟线等集成光学应用。
2023-09-06 physics.app-ph physics.optics
Electrically reconfigurable silicon photonic filter enabled by embedded phase change material in microring resonator
报道了一种基于硅微腔中嵌入相变材料$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$的可调谐光滤波器。非晶相$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$的高热光系数使得能够以非常小的有效体积在宽范围内调谐谐振波长。采用低损耗的氧化铟锡电极在$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$ -Si有源波导区产生焦耳热。在有源区中的电诱导加热改变了混合微晶体的有效折射率,从而导致对于仅3V的施加电压的1.04nm的波长调谐。该器件具有20-41 dB的高消光比和仅0.96 $μm^{2}$的紧凑有源封装,适用于大规模可重构集成光子电路。
2020-01-10 physics.app-ph physics.optics
High-order Radio Frequency Differentiation via Photonic Signal Processing with an Integrated Micro-resonator Kerr Optical Frequency Comb Source
我们展示了使用集成微谐振器为基础的光学频率梳源的微波和射频光子滤波和先进的功能的横向滤波功能的基础。
2018-04-07 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Hybrid Integrated Photonics Using Bulk Acoustic Resonators
微波频率的声光调制是通过激发光子堆中的高泛音体声波谐振(HBAR谐振)来实现的。这些受限的机械应力波传输表现出垂直传输的、高品质因数(Q)的声学法布里-珀罗谐振,其延伸到千兆赫域中,并且提供与微谐振器的光学模式的应力-光学相互作用。虽然HBAR在现代通信中无处不在,并且经常在超导电路中使用,但这是第一次将它们集成到基于光子电路的芯片上。在光学模式内观察到的电-声-光相互作用表现出高致动线性度、低致动功率和可忽略的串扰。利用电-声-光相互作用,实现了亚纳秒转导时间的快速光学谐振调谐。通过去除硅背反射,实现了4.1和8.7 GHz的宽带声调制,3 dB带宽分别为250 MHz。这里展示的新型混合HBAR纳米光子平台允许在芯片上集成微米级声学和光子谐振器,可以立即应用于可调谐微波光子学,高带宽孤子微梳稳定,紧凑型光电振荡器以及微波到光学转换方案。此外,混合平台允许实现动量偏置,这允许实现芯片上的非互易器件,例如隔离器或循环器和拓扑光子带结构。
2019-07-23 physics.app-ph physics.optics
Photonic Crystal Microring Resonators on a Hybrid Silicon Nitride-on-Lithium Niobate Platform
首次在混合氮化硅-铌酸锂绝缘体平台上展示高质量光子晶体谐振器,利用电光效应实现电压驱动的灵活频率转换,并精确控制模式分裂。
2025-05-01 physics.app-ph physics.optics
Electrothermally Modulated Nanophotonic Waveguide-integrated Ring Resonator
Indian Institute of Technology Delhi(印度理工学院德里分校)
本文提出了一种电热调制的光子集成芯片设计,通过优化铂基对称加热器实现高效光调制,为神经形态计算、光互连和可重构光网络提供能效高的光子系统方案。
2025-09-06 physics.app-ph physics.optics
Tunable RF and microwave photonic sideband generator based on cascaded 49GHz and 200GHz integrated ring resonators
我们提出了一种基于双级联微环谐振器的连续射频可调谐正交偏振光学单边带(OP-OSSB)发生器。通过将输入双边带信号经由TE极化MRR和TM极化MRR分成正交极化载波和下边带,产生OP-OSSB信号。通过调节输入光的偏振角,实现了高达57.3dB的光载波边带比的大调谐范围。OP-OSSB发生器的工作RF频率可通过两个MRR的独立热控制在21.4 GHz范围内连续调谐。我们的器件代表了一种具有宽带可调谐RF操作的OP-OSSB生成的竞争方法,并且有希望用于雷达和通信系统中的光子RF信号传输和处理。
2018-09-26 physics.app-ph physics.optics
422 Million Q Planar Integrated All-Waveguide Resonator with a 3.4 Billion Absorption Limited Q and Sub-MHz Linewidth
高Q值光学谐振腔是超窄线宽激光器、稳频、精密光谱和量子应用的关键器件。将这些谐振器集成在光子波导晶片级平台中是降低其成本、尺寸和功率以及对环境干扰的敏感性的关键。然而,到目前为止,集成全波导谐振器的固有Q值已降至1.5亿以下。在这里,我们报告了一个全波导Si 3 N4谐振器的固有Q值为4.22亿和3.4亿吸收损耗限制Q值。谐振器具有453 kHz的固有线宽和906 kHz的加载线宽,具有3005的精细度。相应的线性损耗为0.060 dB/m,是迄今为止报道的具有沉积的上包层氧化物的全波导设计的最低线性损耗。这些是迄今为止报道的光子集成全波导谐振器的最高固有和吸收损耗限制的Q因子和最低线宽。这种性能水平是通过仔细减少散射和吸收损耗分量来实现的。我们量化,模拟和测量的各种损失的贡献,包括散射和吸收,包括表面状态悬挂键,我们认为是负责吸收的一部分。除了超高Q和窄线宽外,谐振腔还具有大的光模面积和体积,这对于超低激光线宽和超稳定、超低频噪声参考腔都至关重要。这些结果表明,体光学器件和蚀刻谐振器的性能可以在光子集成解决方案中实现,为精密科学系统和应用(如非线性光学、原子钟、量子光子学和高容量片上光纤通信系统)的光子集成兼容十亿Q腔铺平了道路。
2020-09-16 physics.app-ph physics.optics
Spiral resonator referenced on-chip low noise microwave generation
提出基于氮化硅螺旋谐振器锁定双激光器并利用宽带集成电光梳分频的片上光子微波产生方案,在10 Hz–10 kHz偏移下实现平面芯片振荡器创纪录的低相位噪声。
2025-02-19 physics.app-ph physics.optics
Post trimming of silicon photonics microresonators by nanoscale flash memory technology
闪存技术在现代微电子中广泛应用,并从根本上影响着我们的日常生活。考虑到光子电路,特别是硅光子电路的最新进展,现在有机会将闪存技术嵌入光子应用中。一个特别有前途的候选人,可以受益于这种集成是光子谐振器。到今天为止,芯片级谐振器是现代硅光子平台中必不可少的构建块。然而,由于不可避免的制造缺陷,它们的特性,特别是它们的谐振频率偏离它们的设计值,对这种装置的适用性施加了严格的限制。在这里,我们提出了一个解决方案,这个主要的障碍,并证明了这种谐振器后微调的电气方法。这是通过将完善的闪存技术集成到光子电路中来实现的。更具体地说,我们使用纳米级硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)结构,以便在位于硅器件层附近的薄氮化硅层中捕获电荷。这使得电荷能够在硅中积累,从而修改光学模式的有效折射率并因此修改谐振频率。通过这样做,我们提供了一个强大而优雅的CMOS兼容存储器解决方案,可以很容易地制造和商业化。我们期望这种方法为更有效地利用芯片级光子和电光系统中的谐振器和干涉仪铺平道路,具有广泛的应用,例如滤波器,调制器,传感器和激光器,仅举几例。
2017-05-21 physics.app-ph physics.optics
Design of Silicon Photonic microring resonators with complex waveguide cross-sections and minimal non-linearity
本文提出一种快速计算复杂横截面硅微环传输系数的模型与方法,并用于 SISCAP 平台高 Q、低非线性 MRR 设计,揭示自由载流子扩散和 SRH 复合的关键作用。
2025-06-27 physics.app-ph physics.optics
Suspended AlGaAs-Integrated Nonlinear Photonics
本文提出悬浮 AlGaAs 波导与微环谐振器平台,通过干湿结合刻蚀实现 Q 值达 2.1×10^6 并产生毫瓦级阈值 Kerr 光频梳,为高效集成非线性光子学开辟新途径。
2023-08-06 physics.app-ph physics.optics
Topological phases in ring resonators: recent progress and future prospects
拓扑光子学已经成为从微波到纳米光子学的电磁系统设计的新范式。迄今为止的研究主要集中在基本概念的演示上,例如非互易性和防止制造混乱的波导。展望未来,迫切需要确定拓扑设计可以有效改善器件性能的应用。在这里,我们回顾应用拓扑光子环形谐振器为基础的系统,包括一维和二维谐振器阵列,和动态调制谐振器。我们评估潜在的应用,如量子光产生,无序鲁棒延迟线,光隔离,以及未来的研究方向和开放的问题,需要解决。
2020-09-29 physics.app-ph physics.optics
Photonic Theta Cavity: Engineering Bound States in the Continuum in Topological Resonators Beyond the Limitations of Near Field Coupling
Howard University(霍华德大学);University of Maryland(马里兰大学)
研究光子θ腔,利用干涉耦合克服近场耦合限制,通过镜对称交叉结建立器件物理,实现强腔限制和BICs。展示嵌套θ腔中多环谐振器的相位介导远程强耦合及能带结构杂交,提供可扩展、拓扑稳健的模式工程平台。
2026-07-14 physics.app-ph physics.optics
All-optical tuning of a diamond micro-disk resonator on silicon
高质量的集成金刚石光子器件已经在从非线性光子学到片上量子光学的应用中得到了证实。然而,可用的单晶材料的小样品尺寸以及调节其光学性质的困难是这些技术的规模化的障碍。这两个问题都可以通过使用高度精确的微组装方法将微米级金刚石器件集成到主机光子集成电路上来解决。在这项工作中,金刚石微盘谐振器与标准单模绝缘体上硅波导集成,在一系列空间模式中表现出平均负载Q因子为3.1x10^4,最大负载Q因子为1.05x10^5。二氧化硅界面层的微米级器件尺寸和高热阻抗允许使用mW级光泵浦在450 μ m范围内进行显著的热负载和连续的谐振波长调谐。这种按需钻石集成技术为跨大规模光子电路耦合的可调谐设备铺平了道路。
2019-07-11 physics.app-ph physics.optics
Implementing photonic-crystal resonator frequency combs in a photonics foundry
本文在AIM Photonics氮化硅代工平台上实现光子晶体谐振腔,获得Q值高达1.2×10^7,并实现OPO宽调谐和孤子微梳,展示了大规模可制造的频率梳光源集成潜力。
2025-01-02 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Photonic radio frequency and microwave intensity differentiator based on an optical frequency comb source in an integrated micro-ring resonator
我们提出并实验验证了一种基于紧凑型集成微环谐振器(MRR)产生的克尔光梳的微波光子强度微分器。片上克尔光梳包含大量的梳状线,可作为实现横向滤波器的高性能多波长光源,大大降低了系统的成本、尺寸和复杂度。此外,由于集成MRR的紧凑性,可以实现高达200 GHz的频率间隔,从而实现超过100 GHz的潜在工作带宽。通过根据计算的抽头权重对各个梳状线进行编程和成形,可以实现具有可变微分阶数的可重构强度微分器。从理论上分析了其工作原理,并给出了基于此原理的一阶、二阶和三阶微分函数的实验演示。的射频(RF)的幅度和相位响应的多阶强度微分的特点,和系统演示的实时差分高斯输入信号也进行。实验结果表明,与理论吻合良好,证实了我们的方法的有效性。
2017-09-27 physics.app-ph physics.optics
Frequency comb generation in low-loss, low-stress, high-Q deuterated silicon nitride microring resonators in an 8-inch photonics platform
本文系统研究不同SiN薄膜损耗,发现氘化SiN可在8英寸低热预算工艺下实现超低损耗,并在高Q微环中演示频率梳用于25.78 GBaud/s直接检测传输,误码率低于FEC极限。
2025-07-23 physics.app-ph physics.optics
Fine-Resolution Silicon Photonic Wavelength-Selective Switch Using Hybrid Multimode Racetrack Resonators
本文提出利用混合多模跑道谐振器在硅光子芯片上实现精细分辨率波长选择开关,通过损耗建模和二阶滤波器级联构建1x7 WSS,实现10 GHz通道间隔下串扰低于-25 dB的低损耗多通道操作。
2023-09-29 physics.app-ph physics.optics
Inverse-designed photonic circuits for fully passive, bias-free Kerr-based nonreciprocal transmission and routing
隔离器和环行器等非互易器件是微波和光频通信系统的关键使能技术。虽然基于磁效应的非互易器件可用于自由空间和光纤通信系统,但它们的片上集成一直具有挑战性,主要是由于伴随的高插入损耗、弱磁光效应和材料不兼容性。我们表明,克尔非线性谐振器可用于实现全无源,低损耗,无偏置,宽带非互易传输和路由应用在光子系统,如芯片级激光雷达。多端口非线性Fano谐振器被用作基于频率梳的距离测量的片上全光路由器。由于时间反演对称性对单个非线性谐振器的工作功率范围和传输施加了严格的限制,因此我们实现了级联的Fano Lorentzian谐振器系统,该系统克服了这些限制,并显着改善了当前最先进设备的插入损耗,带宽和非互易功率范围。这项工作提供了一个平台无关的设计,非互易传输和路由,非常适合光子集成。
2019-05-13 physics.app-ph physics.optics
AI Agents for Photonic Integrated Circuit Design Automation
University of Toronto(多伦多大学);Max Planck Institute of Microstructure Physics(马克斯·普朗克微结构物理研究所);GDSFactory;Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院电子研究实验室)
该研究提出多智能体框架PhIDO,可将自然语言PIC设计需求转换为版图掩模文件,通过测试102个设计描述比较7个大语言模型,单器件设计成功率达91%,部分模型在≤15组件设计中pass@5成功率约57%。
2025-08-18 cs.AI cs.AR physics.app-ph
Nanofabrication of high Q, transferable, diamond resonators
基于金刚石的光子电路的发展需要关键部件的稳健制造协议,包括金刚石谐振器和腔。在这里,我们提出了一维(纳米束)光子晶体腔体产生的单晶金刚石膜利用金属钨层作为一个约束,导电和可移动的硬掩模。使用钨代替更常规的氧化硅层使得制造过程具有良好的可重复性和可靠性。该过程产生高品质的金刚石腔的品质因数(Q因子)接近10 $^$ 4。最后,我们表明,腔可以拿起和转移到一个沟槽衬底上,实现完全悬浮的金刚石腔。我们的制造过程证明了金刚石膜作为更广泛的基于金刚石的量子光子电路的模块化组件的能力。
2021-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Force sensing with a graphene nanomechanical resonator coupled to photonic crystal guided resonances
本研究提出用光子晶体导模共振替代反射镜,通过模拟证明可将石墨烯纳米机械谐振器的力传感响应度提高一个数量级,实现低光功率、高信噪比的热振动分辨,为超灵敏力检测提供简单光学方案。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Generation of Coherent Phonons via a Cavity Enhanced Photonic Lambda Scheme
本研究利用石英光弹性特性,通过嵌入微波重入腔的BAW谐振器结合光子Lambda增强方案,实现无阈值电致伸缩相干声子产生,其过程类似CPT脉泽方案。
2020-10-08 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Freeform Spectrally Stable Topological Photonic Vortex Resonators
The City College of New York(纽约市立学院);The Australian National University(澳大利亚国立大学);University of Central Florida(中佛罗里达大学);Air Force Research Laboratory(空军研究实验室);City University of New York(纽约市立大学)
本文提出利用拓扑域壁和点奇点统一设计任意形状的高维谐振腔,实现光谱稳定零能量模的可控性。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Integrated microcavity optomechanics with a suspended photonic crystal mirror above a distributed Bragg reflector
本研究在芯片上集成亚波长自由空间光机微腔,利用悬浮GaAs光子晶体镜与分布式布拉格反射器增强光机相互作用,并通过参数调控实现精确共振控制及更强动态背向作用。
2023-05-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph