Modes of wave-chaotic dielectric resonators
介质光学微谐振器和微激光器代表了波混沌系统的实现，其中谐振器形状中缺乏对称性导致不可积的射线动力学。这种谐振器的模式显示出丰富的空间结构，并且不能通过模式指数进行分类，这将需要射线动力学中的额外运动常数。理解和控制这种谐振器的发射特性需要调查谐振器内部的射线运动的经典相空间结构和波动方程的谐振解之间的对应关系。我们首先讨论了传统程函近似在短波长极限下的失效，并激发了相空间光线追迹和相空间分布的使用。接下来，我们介绍了一种有效的数值方法来计算介质谐振器的准束缚模式，它只需要两个对角化每N个状态，其中N是大约等于沿周长的半波长的数量。经典的相空间结构和模式之间的关系显示通过Husimi投影技术。与谐振器的发射模式的观测计算效率高。
2003-08-04 cond-mat.mes-hall nlin.CD physics.optics
Dielectric loss extraction for superconducting microwave resonators
介电材料和界面中的二能级损耗是超导量子线路材料研究的前沿。我们展示了一种方法的TLS损耗提取的薄膜介质通过测量集总元件谐振器制成的超导体-介质-超导体三层。我们提取的介电损耗，制定一个电路模型的集总元件谐振器与TLS损耗，然后拟合到这个模型使用测量从一组三个谐振器的设计：共面波导谐振器，集总元件谐振器与叉指电容器，和集总元件谐振器与平行板电容器，包括感兴趣的介电薄膜。与其他方法不同，这允许精确测量TLS损耗低于$10^{-6}$的材料。我们证明了这种方法，通过提取TLS损失的$1.02 \times 10^{-3}$溅射$\mathrm{Al_2O_3}$使用一组从$\mathrm{Al/Al_2O_3/Al}$三层制作的样品。我们观察到的差异11 $\%$之间的提取损失的三层与不实施这种方法。
2020-05-02 physics.app-ph quant-ph
Jaynes Cummings treatment of superconducting resonators with dielectric loss due to two-level systems
我们进行了量子力学分析超导谐振器的介电损耗所产生的带电二能级系统。我们提出的数值和分析描述的能量衰减的动态谐振器内的Jaynes-Cummings模型。我们的分析使我们能够区分模型的强耦合和弱耦合制度，并描述在每个制度的情况下，两级系统是不饱和或饱和。我们发现，在弱耦合情况下，量子理论与经典模型一致。然而，对于强耦合的量子理论预测的损失低于经典理论在不饱和制度。另外，与经典理论相反，在强耦合量子理论中出现饱和的光子数与谐振腔和二能级系统之间的耦合无关。
2011-05-17 quant-ph
Topological edge states in all-dielectric square-lattice arrays of bianisotropic microwave resonators
本研究利用双各向异性介质谐振器的镜像对称性破缺在方形晶格中打开带隙，通过实验与数值模拟验证了两类界面的拓扑边缘态及其鲁棒传播特性，建立格林函数模型分析其拓扑性质，为相关光学/微波结构设计提供新思路。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Observation of Quantized Klein Tunneling in a Dielectric Resonator Chain
本文首次在介电微波谐振器二聚体链构成的有界狄拉克系统中实验观测到量子化克莱因隧穿，测量了粒子-空穴杂化旋量态，结果与狄拉克方程预言定量一致。
2024-06-29 quant-ph
Noncontact friction in ultracoherent nanomechanical resonators near dielectric materials
本文发现超相干纳米机械谐振器在靠近介电材料时，会因谐振器携带静电荷运动引发介电损耗而产生非接触摩擦，导致机械相干性下降，揭示了系统集成中的关键限制。
2025-09-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
An analysis method for transmission measurements of superconducting resonators with applications to quantum-regime dielectric-loss measurements
超导谐振器提供了一种方便的方法来测量各种超导材料在低温下的损耗角正切。为了研究谐振器中的微观损耗机制，需要在谐振器中存储的不同能量值下精确测量内部品质因数。在这里，我们提出了一个一致的方法来分析耦合到传输线的LC超导谐振器。首先，我们推导出一个近似表达式的传输S-参数$S_{21}$的基础上一个完整的电路模型。在弱耦合极限下，通过拟合$S_{21}$的近似形式，我们证明了内部品质因数是可靠的。由于需要LC电路的电容器的电压$V$来确定存储在谐振器中的能量，所以我们接下来计算$V$和正向传播波电压$V_{in}^+$之间的关系。由于品质因数对电压的依赖性，$V$不是简单地与$V_{in}^+$成比例。我们找到了一种自洽的方法来确定$V$和$V_{in}^+$之间的关系，它只采用$S_{21}$的拟合参数和线性比例因子。然后，我们研究了端口反射和阻抗失配的情况下的谐振器传输。我们发现，谐振器传输不对称性主要是由于不连续性的反射传输线。我们表明，我们的分析方法来提取内部品质因数是强大的，在上述非理想的情况下。最后，我们指出LC谐振器的分析方法可以推广到任意弱耦合集总和分布谐振器。一般化使用基于最接近谐振频率的极点和零点的响应函数的系统近似。这种最近极点和零点法（CPZM）是分析高Q谐振器物理测量的一种有价值的工具。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Directional emission of down-converted photons from a dielectric nano-resonator
关联光子对的产生是当代量子光学的重要课题之一。在这里，我们从理论上描述了在自发参量下转换过程中的光子对的产生在一个共振的球形纳米粒子的介电材料与散装$χ^{(2)}$非线性。我们选择的纳米粒子的尺寸，满足米氏理论所描述的共振本征模的条件。我们发现，高度定向的光子对产生可以观察到利用非线性Kerker型效应，这种制度提供了有用的偏振相关性。
2020-11-16 physics.optics quant-ph
Dielectric microwave resonator with large optical apertures for spin-based quantum devices
本文展示了一种具有大光学孔径且品质因子达2.30×10^4的低损耗介电微波谐振器，通过金红石的高介电常数解决了高Q值与大孔径的矛盾，并成功用于DPPH和钻石P1中心的连续波与脉冲ESR光谱测量。
2024-03-13 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Low loss superconducting resonators enabled by aluminum microstructural engineering and dielectric trimming
King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；National Company of Telecommunications and Information Security（国家电信与信息安全公司）
研究超导电路材料损耗问题，通过铝微结构工程及介质微调，包括沉积加热与两步蚀刻技术，减轻两种损耗机制，使铝谐振器品质因数大幅提升，为超导量子器件性能提升提供途径。
2026-07-29 quant-ph
Effects of device geometry and material properties on dielectric losses in superconducting coplanar-waveguide resonators
超导共面波导（CPW）谐振器是电路量子电动力学（cQED）的关键器件之一。它们的性能可能受到衬底和材料界面中的介电损耗的限制。可靠的建模是必需的，以帮助在cQED的低损耗CPW结构的设计。我们分析了几何依赖的介质损耗在CPW结构中使用有限元建模的参与率的损耗区域。在实际情况下，这些区域的介电常数和损耗角正切的不确定性在理论预测的参与率中引入了不确定性。我们提出了一种方法相结合的两级系统限制的品质因数和共面波导谐振器的谐振频率的测量损耗模拟。也就是说，我们解决了一个反问题，找到模型参数产生的测量值。高品质因数是通过适当地设计的共面波导结构的横截面几何形状，但更准确的建模和低损耗共面波导谐振器的设计方法，需要未来的重大改进。我们的非线性优化方法解决上述反问题是在这个方向上的一步。
2020-08-10 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Crystallinity in Niobium oxides: A pathway to mitigate Two-Level System Defects in Niobium 3D Resonator for quantum applications
本文通过650°C高真空热处理铌谐振器，诱导氧化物结晶，减少双能级系统缺陷，使1.3 GHz谐振器低场品质因数提升十倍，助力超导量子电路性能提升。
2024-11-07 physics.app-ph quant-ph
Perturbation theory of nearly spherical dielectric optical resonators
不同尺寸的电介质球可以维持在光频率下以非常窄的线宽谐振的电磁回音壁模式。与球形形状的任意小偏差通常会使这种共振移位和加宽。我们的目标是确定这些移位和加宽的共振。一个多世纪以前，Rayleigh发展了一种近似圆形薄膜声振动的边界条件摄动理论。我们将这一理论推广到描述近球形介质腔的电磁激励。这种方法使我们能够避免处理衰减拟正规模式。我们明确地发现任意变形的近球形介质腔的光共振的频率和线宽，作为幂级数展开的一个小参数，直到并包括二阶项。我们深入讨论了微扰论适用的物理条件。
2021-08-20 math-ph math.MP physics.optics
Quantum theory of multimode fields: Applications to optical resonators
最近发展起来的开放光学腔的系统和浴量子化的技术应用于三个谐振腔的几何形状：一个一维介质，法布里-珀罗谐振器，和介质盘。这些几何形状的系统-和-浴哈密顿推导出从麦克斯韦方程组和计算的电磁场，共振，和腔的增益因子。与基于宇宙模式描述的标准量化方法完全一致。我们的分析提供了一个微观的理由系统-和-浴量子化，即使在政权的光谱重叠模式。
2004-02-24 quant-ph
Tantalum Damascene Coplanar Waveguide Resonators Fabricated Using 300 mm Scale Processes
NY Creates（纽约创造）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
研究通过300毫米工艺制备了钽damascene共面波导谐振器，通过模拟侧壁氧化降低超导transmon器件的损耗，提升性能。
2026-04-23 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin-orbit interaction of photons and fine splitting of levels in ring dielectric resonator
我们考虑由圆形介质波导制成的环形谐振器的本征模。考虑到极化修正，这是负责的极化和电磁波的轨道性质的相互作用（自旋轨道相互作用的光子），导致精细分裂的标量近似的水平。这种能级精细结构的基本特征与原子中电子能级的基本特征相似。即：1）精细结构的子能级由附加的量子数定义：波的螺旋度与其轨道矩的乘积; 2）对于折射率为抛物线分布的波导，标量近似的每一级都分成N个子能级（N是主量子数），而对于任何其他轮廓，它分裂成2个子能级; 3）由于波导的局部轴对称性，精细结构的每一级保持两次简并。数值计算表明，在光纤环形腔中可以观察到所描述的精细能级分裂。
2005-06-03 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Investigation of microwave loss induced by oxide regrowth in high-Q Nb resonators
最先进的超导量子比特器件的相干性主要受到主要在非晶界面层处发现的两能级系统缺陷的限制。通过适当的表面处理减少这些界面的微波损耗是推动器件性能向前发展的关键。在这里，我们研究铌谐振器去除原生氧化物与氢氟酸蚀刻后。我们调查的再现微波损耗引入的表面氧化物暴露于周围环境后生长。我们发现，在量子器件的损失减少了一个数量级，内部Q-因子达到7 $\cdot$ 10 $^6$在单光子制度，当设备暴露于环境条件下16分钟。此外，我们观察到，Nb 2 O 5是唯一的表面氧化物，在第一个200小时内显着增长，以下扩展Cabrera-莫特生长模型。此时，微波损耗与Nb $_2$ O $_5$厚度成线性比例，提取的损耗角正切tan $δ$ = 9.9 $\cdot$ 10 $^{-3}$。我们的研究结果是特别感兴趣的设备跨越从超导量子比特，量子限制放大器，微波动力学电感探测器单光子探测器。
2020-12-22 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Correlating the nanostructure of Al-oxide with deposition conditions and dielectric contributions of two-level systems in perspective of superconducting quantum circuits
本工作涉及Al/Al氧化物（AlO $_{x}$）/Al层系统，该系统对于基于约瑟夫森结的超导器件如量子比特是重要的。器件的性能受到噪声的限制，这在很大程度上归因于非晶AlO $_{x}$隧道势垒中两能级隧穿系统的存在和性质。该研究的重点是制造条件，纳米结构和纳米化学性质和发生的两个级别的隧道系统，特别强调的AlO $_{x}$层的相关性。采用电子束蒸发和溅射沉积两种不同的工艺进行结构制作，并阐明了紫外光照射在Al氧化物形成过程中的作用。通过分析透射电子显微镜和低温介电测量进行表征。我们发现，制造条件有很大的影响的纳米结构和纳米化学性质的层系统和两个层次的隧穿系统的属性。基于对所观察到的结构特征的理解，路线推导出对制造的Al/AlO $_{x}$ /Al层系统具有改善的性能。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Reducing TLS loss in tantalum CPW resonators using titanium sacrificial layers
The University of Queensland（昆士兰大学）；IQM Finland（IQM芬兰公司）
通过钛牺牲层减少钽CPW谐振器中的TLS损耗，显著提升单光子区域的品质因子，延长超导量子比特的T1寿命。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
