Multi-octave spectrally tunable strong-field Terahertz laser
理想的激光源，为新兴的研究领域的非线性太赫兹（THz）光谱应提供辐射具有很大的通用性，并提供超高强度的多倍频程跨越单周期脉冲和用户可选的多周期脉冲在窄线宽。缺乏这样的桌面源阻碍了许多THz学科的发展，包括成像，非线性光子学和光谱学，凝聚态物质和量子系统的选择性非平衡激发。在这里，我们介绍了一个高度通用的桌面太赫兹激光平台，提供单周期GV/m瞬态以及光谱窄脉冲可调的带宽和中心频率在5个倍频程与数百MV/m的场强。紧凑的计划是基于在有机晶体中的时间调制的激光束的光学整流。它允许通过直接改变驱动激光器的调制周期来选择从1到>50的THz振荡周期和从0.5到7 THz的中心频率调谐范围。太赫兹源的多功能性通过提供宽带5倍频程跨越频谱以及在全光整流相位匹配频带上可调谐的频谱窄线来证明，该频带具有最小宽度dv=30 GHz，对应于dE=0.13 meV和λ ^-1=1.1 cm-1。所提出的桌面源显示出类似于甚至超越大规模THz电子加速器设施的性能，但在超低定时抖动下提供了多功能多色和先进的飞秒泵浦探测机会。
2016-08-18 physics.optics
2.7-octave supercontinuum generation spanning from ultraviolet to near-infrared in thin-film lithium niobate waveguides
本研究针对纳米光子平台难实现宽谱超连续谱的问题，通过色散管理设计反常色散波导、掺MgO抑制光折变效应，在TFLN波导中实现了330-2250nm的2.7倍频程无间隙超连续谱，达无精细微畴TFLN平台最优水平。
2025-05-18 physics.optics
Fundamental limits to multi-functional and tunable nanophotonic response
可调谐和多功能纳米光子器件用于从光束转向到传感的应用。然而，人们对其功能的基本限制知之甚少。困难在于，它是一个单一的结构，必须表现出最佳的反应在多个场景。在这篇文章中，我们提出了一个通用的理论框架，用于理解和计算多功能纳米光子响应的基本限制。从最近的快速进展，以轻物质相互作用的界限，我们表明，重写后的设计问题的偏振场，引入合适的互相关约束施加了至关重要的“单一结构”的标准。我们证明了这种方法的实用性为两个应用程序：反射率的对比度为光学传感，光束切换的最大效率。我们的方法适用于线性光学中的任何有源或多功能设计。
2021-12-20 physics.optics
Highly-tunable efficient second-harmonic generation in a lithium niobate nanophotonic waveguide
高度可调谐相干光的产生对于许多重要的光子应用是至关重要的。二次谐波产生（SHG）是用于此目的的主要方法，然而，其在常规非线性平台中表现出转换效率和波长可调谐性之间的折衷。最近发展的集成锂酸盐（LN）技术使得可以在保持高转换效率的同时实现大波长调谐。在这里，我们报告的片上倍频，同时实现了一个大的可调谐性和高转换效率内的一个单一的设备。我们利用LN独特的强热光双折射，实现灵活的温度调谐的I型模间相位匹配。在长度仅为8 mm的LN纳米光子波导中，我们实现了光谱调谐，调谐斜率为0.84 nm/K，非线性转换效率为4.7% W $^{-1}$。我们的器件显示了高效的片上波长转换的巨大潜力，以产生高度可调谐的相干可见光，为广泛的应用，同时利用成熟和具有成本效益的电信激光技术的优势。
2018-04-10 physics.optics
Wide-span and tunable-wavelength photon pairs around 1.55 μm from a silicon nanophotonic chip
利用一个由硅微环耦合而成的紧凑型光泵硅纳米光子芯片，我们产生了多对波长在1.55 μm附近的光子对。波长可调超过几个纳米，展示了在自由选择的双波段波长产生波分复用光子对的能力。
2013-04-17 physics.optics quant-ph
Coherent terahertz radiation with 2.8-octave tunability through chip-scale photomixed microresonator optical parametric oscillation
太赫兹光谱中的高光谱纯度频率捷变室温源是成像、传感、计量和通信的基础元件。在这里，我们提出了一个芯片级光学参量振荡器的基础上集成的非线性微谐振器，提供了广泛的可调谐单频和多频振荡器在太赫兹制度。通过使用等离子体纳米天线阵列的光到太赫兹的下转换，实现了从330 GHz到2.3 THz的跨越2.8倍频程的相干太赫兹辐射，其中20 GHz腔模限制频率调谐步长和10 MHz腔内模式连续频率调谐范围在每个步长处。通过控制微谐振腔的腔内功率和抽运谐振失谐量，实现了多频可调谐太赫兹振荡器。此外，通过稳定微谐振腔的泵浦功率和波长，亚100 Hz的太赫兹辐射的线宽与10-15的剩余频率不稳定性被证明。在芯片级平台中的单频、频率捷变太赫兹辐射和多频太赫兹振荡器的室温生成在计量、传感、成像和通信方面提供了独特的能力。
2022-08-15 physics.optics
Dispersion-managed octave soliton microcombs in heterostructured microresonators
Tsinghua University（清华大学）
本研究提出异质结构微谐振器宽带色散管理策略，制备氮化硅微谐振器生成低重复频率倍频程孤子光频梳，可应用于光钟等领域。
2026-08-11 physics.optics
Temperature-Tunable Entangled Photon Source for Multiplexed Time-Resolved Fluorescence on a Nanophotonic Platform
本文提出一种基于薄膜铌酸锂的温度可调谐纠缠光子源，通过I型相位匹配实现跨越一个八度的波长调谐，为片上多路复用时间分辨荧光寿命传感提供了高效、紧凑的解决方案。
2025-07-15 physics.optics
Tunable nanophotonics enabled by chalcogenide phase-change materials
纳米光子学由于其在亚波长范围内塑造光流动的独特能力而引起了广泛的关注。超颖表面（MS）和光子集成电路（PIC）使得能够实现用于成像、传感和通信的可批量生产、具有成本效益且高效的平面光学组件。为了实现具有多用途功能的纳米光子学，硫族化物相变材料（PCM）已经被引入作为用于可调谐和可重构纳米光子框架的有前途的平台。具有独特性质（例如剧烈的光学对比度、快速切换速度和长期稳定性）的非易失性硫属化物PCM的集成给予更常规的静态纳米光子平台实质上的重新配置。在这篇综述中，我们讨论了国家的最先进的发展，以及新兴的趋势，可调MS和PIC使用硫属PCM。我们概述了独特的材料性能，结构转换，电光，热光效应的硫属化物PCM的完善的类。还讨论了新兴的基于深度学习的方法，用于优化可重构MS和分析轻物质相互作用。审查的结论是讨论现有的挑战，在实现可调纳米光子学和在这个有前途的领域可能的发展前景。
2020-01-17 physics.app-ph physics.optics
Tunable Resonant Metasurfaces Empowered by Atomically Thin Semiconductors
本研究将原子级薄过渡金属二硫属化物与高折射率介电超表面结合，利用激子态对载流子密度的依赖实现电压调谐的反射率与偏振响应，为光学模拟计算和神经形态电路提供可调时变平台。
2025-09-25 physics.optics
Visible-to-mid-IR tunable frequency comb in nanophotonics
光学频率梳是一种使能技术，用于从计量到测距和通信的多种应用。光学频率梳源的巨大进展主要集中在近红外光谱区域，而许多应用需要可见光和中红外的源，这到目前为止一直具有挑战性，特别是在纳米光子学中。在这里，我们报告频率梳可调谐从可见光到中红外线的单芯片上的超宽可调谐光学参量振荡器在锂离子纳米光子学。使用皮秒长的泵浦脉冲约1 $μ$ m和调谐的准相位匹配，我们显示亚皮秒频率梳可调谐超出倍频程从1.5 $μ$ m扩展到3.3 $μ$ m与毫微微焦耳级的阈值。我们利用红外梳的上转换，在同一芯片上产生达到620 nm的可见光频率梳。我们的纳米光子源的超宽带可调谐性和可见光到中红外光谱覆盖范围可以与作为其泵浦的片上皮秒源以及其输出处的脉冲缩短和光谱加宽机制相结合，所有这些都可以在锂离子电池纳米光子学中获得。我们的研究结果突出了一个实用的和普遍的路径，在纳米光子学实现有效的频率梳源克服其光谱稀疏。
2022-12-16 physics.app-ph physics.optics
Exceeding octave tunable Terahertz waves with zepto-second level timing noise
任何毫米波（mmW）源的频谱纯度在低噪声应用中都是最重要的。通过光混频的光学合成是这种毫米波的有吸引力的来源，由于其固有的制造成本或规格，其通常涉及具有接近单色性的窄线宽的昂贵的光谱纯激光器。在这里，我们报告了一种替代方案，用于提高廉价的半导体二极管激光器的光谱纯度，通过自注入锁定技术，通过相应的斯托克斯波从光纤布里渊腔表现出大大改善的相位噪声水平和大的波长可调谐性~1.8 nm。我们实现了一个系统，两个自注入二极管激光器在一个共同的布里渊腔，旨在在毫米波和太赫兹区域的差频产生。我们产生可调谐的亚毫米波（0.3和0.5太赫兹）波拍的自注入的两个波长的斯托克斯光上的单向行进的载波光电二极管和表征的噪声性能。亚毫米波的特点是在zepto秒（zs.Hz^-0.5）尺度上的极小定时噪声水平，优于现有技术的基于耗散克尔孤子的微谐振器设置，同时提供更宽的频率可调谐性。这些结果表明，毫米波源的一个可行的廉价的替代方案，旨在低噪声应用，具有实验室规模的足迹和机架安装的便携性，同时为芯片级光子集成铺平了道路。
2022-07-15 physics.app-ph physics.optics
Tunable quantum beat of single photons enabled by nonlinear nanophotonics
我们通过共同开发用于在公共物理平台上对量子态进行频域操纵的核心非线性纳米光子技术，展示了单光子的可调谐量子拍频。利用非线性共振腔中的自发四波混频产生非简并的量子关联光子对。然后，在第二非线性谐振器中使用四波混频布拉格散射，使来自每对的一个光子频移，而不降低光子统计。对所施加的频移进行微调使得两个光子在撞击分束器时能够进行可调谐的量子干涉，其振荡特征取决于它们的频率差。我们的工作展示了非线性纳米光子器件作为光子量子信息科学的宝贵资源的潜力。
2019-05-05 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Near octave-spanning perfect soliton crystals in AlN microresonators
完美孤子晶体（PSC）是最近发现的一种特殊的克尔孤子态，它具有规则分布的孤子脉冲和增强的梳状线功率，其间隔为腔自由光谱范围（FSR）的倍数。光微谐振器中连续波激励的调制和可调谐的重复频率特性将显著增强和扩展孤子微梳在自参考梳状光源、太赫兹波产生和任意波形产生等方面的应用潜力。然而，所报告的PSC谱通常较窄。在这里，我们展示了确定性访问的多功能完美孤子晶体的AlN微谐振器（FSR ~374 GHz），具有宽光谱范围高达0.96的倍频程跨度（1170-2300 nm）和太赫兹重复率（高达~1.87太赫兹）。测量的60 fs短脉冲和低噪声特性证实了PSC的高相干性
2021-02-20 physics.optics
Pulsed laser deposition of Sb2S3 films for phase-change tunable nanophotonics
具有大光学对比度的非挥发性相变材料是未来可调谐纳米光子学的关键。三硫化锑（Sb2S3）由于其在可见光谱区的低吸收最近在该领域中得到普及。虽然在文献中已经报道了几种Sb2S3沉积技术，但是它们中没有一种在相变时关于最低可能的吸收和最大光学对比度进行优化。在这里，我们提出了一个全面的多参数优化的脉冲激光沉积Sb2S3为此。我们将特定的沉积和退火参数与所得的光学性质相关联，并提出了导致具有非凡品质的薄膜（在633 nm处Δn = 1.2）的组合。最后，我们确定晶体取向和振动模式与折射率的最大变化，并提出他们作为有用的指标的Sb2S3开关对比度。
2022-12-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband enhanced chirality with tunable response in hybrid plasmonic helical metamaterials
设计宽带增强的手性对于新兴的手性化学和传感领域，或者在最近引入的纳米光子手性量子和经典光学应用中控制光子的自旋轨道动量具有强烈的兴趣。然而，手征光-物质相互作用具有极其微弱的性质，难以控制和增强，并且不能调谐或宽带化。此外，在技术上重要的可见光到紫外光谱处实现强、宽带和可调谐手性的平面双纳米光子结构仍然是难以捉摸的。在这里，我们解决这些重要的问题，通过实验证明和理论验证光谱可调，极大的，和宽带手旋光响应的纳米螺旋超材料。报道的全介电和介电-金属（混合）等离子体超材料的新设计允许通过大规模纳米光子结构实现有史以来最大和最宽的测量手性库恩不对称因子。此外，所提出的自下而上制造的光学超材料的强圆二色性可以通过改变它们的尺寸和它们的电介质和等离子体螺旋子部分之间的比例来调谐。目前展示的超材料有望为手光学领域的发展提供实质性的推动，从而在纳米尺度上显著增强和宽带手征光-物质相互作用。
2021-01-28 physics.optics
PCM-net: A refractive index database of chalcogenide phase change materials for tunable nanophotonic device modelling
最近，硫族化物玻璃基相变材料（PCM）已经显示出作为一系列纳米光子器件的调谐材料的实用性。由于它们的低损耗、超快切换速度和宽波段操作，PCM被集成在越来越多的下一代可调谐组件中，包括集成光子开关、超表面光学器件和可调谐光谱滤波器。尽管如此，基于PCM的设备的建模是具有挑战性的，无论是在不同相态的实验衍生材料特性的准确表示，以及整个研究界的结果的标准化。在这项工作中，我们介绍了PCMnet，一个在线数据库的各种硫系玻璃PCM（如GeSbTe）的复折射率，作为一个可访问的和索引存储库的PCM社区的数据共享。非晶态和晶态之间的折射率（n）和消光系数（k）直接从大量学术研究文章中的实验数据中提取，并整理到材料资源数据库中。由于与我们的数据收集方法相关的不准确性，该数据补充了通过WVASE（一种商业椭圆偏振分析软件包）获得的其他计算生成的数据。为了证明PCMnet的实用性，我们提供了一个NASA应用程序驱动的设备优化的例子，使用我们的数据库收集的PCM的光学特性。我们预计，该数据库为PCM社区提供了很大的用途，PCMnet支持的协调研究工作将促进共享存储库，用于为一系列应用选择合适的PCM，用于可调纳米光子器件设计。
2020-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband gate-tunable THz plasmons in graphene heterostructures
石墨烯是一种独特的二维碳材料，在准粒子狄拉克费米子服从线性色散的驱动下，在电子学、力学和热传输领域取得了重大突破。在这里，我们展示了一个反泵浦的全光差频过程，相干产生和控制太赫兹等离子体原子层石墨烯具有倍频程可调谐性和高效率。我们利用石墨烯固有的表面不对称性来获得强的二阶非线性极化率chi（2），其与紧密的等离子体激元场限制一起，使得能够在THz频率下实现鲁棒的差频信号。石墨烯上的反泵浦共振过程独特地实现了能量和动量守恒。因此，我们展示了一种双层石墨烯异质结构，其实现了从9.4 THz到4.7 THz的倍频程上的THz等离子体激元的电荷和栅极可调谐性，仅受泵浦放大器光学带宽的限制。理论建模支持我们的单伏级门调谐和光学带宽限制的4.7 THz相位匹配测量，通过声子耦合，饱和吸收和朗道阻尼以下的随机相位近似，预测和理解石墨烯载体等离子体物理。
2017-10-05 physics.optics
Nanobenders: efficient piezoelectric actuators for widely tunable nanophotonics at CMOS-level voltages
需要调整和重新配置纳米光子组件以实现包含许多组件的系统。静电力可以使结构变形并调节其光学响应。尽管静电致动器取得了成功，但它们受到调谐电压、调谐范围和片上面积之间的权衡。压电驱动可以解决所有这些挑战。标准材料具有大约${0.01}~\text{nm/V}$的压电系数，这表明使用大约1伏的电势的极小的片上致动。在这里，我们提出并展示了紧凑的压电致动器，称为纳米弯曲器，每伏纳米数。通过利用亚微米电极的非均匀电场，我们产生了压电纳米梁的弯曲。结合一个切片光子晶体腔来感测位移，我们展示了由$\sim 5~\text{nm/V}~({0.6}~\text{THz/V})$以及仅用$ {4}~\text{V}$的$1520$和$1560~\text{nm}$（$\sim 400$线宽）之间的光学谐振的调谐。最后，我们考虑其他可调纳米光子组件启用纳米弯曲。
2019-11-20 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Tunable Nanophotonic Devices and Cavities based on a Two-Dimensional Magnet
本研究利用二维反铁磁半导体 CrSBr 制备光子晶体板，通过外部磁场实现对其光子模式的原位精确调控，获得超过 500 的高 Q 因子及强光物质耦合，为可调谐纳米光子器件设计提供了新范式。
2025-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable and efficient ultraviolet generation in nanophotonic lithium niobate
本研究在薄膜铌酸锂纳米光子波导中实现了高效UV-A二次谐波产生，通过大截面波导和周期性极化实现197±5%/W/cm²效率、30μW片上功率及355nm最短波长，展示了紧凑紫外光源的潜力。
2023-03-17 physics.app-ph physics.optics
Tunable Hyperbolic Phonon Polaritons in a Gradiently-Suspended Van Der Waals α-MoO3
范德华晶体中的双曲声子极化激元（HPhPs）具有高限制和低损耗的特性，能够将长波电磁场集中到亚波长区域。HPhP传播特性的精确调谐对于诸如纳米光子器件和电路的实际应用仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们表明，通过利用不同的空气间隙在一个范德瓦尔斯α-MoO 3晶体悬浮梯度的优势，它是能够调谐的波长和阻尼的HPhPs内传播的α-MoO 3。结果表明，HPhPs在上、下Reststrahlen带的极化激元波长与带隙距离的关系是相反的。最有趣的是，极化激元波长的调谐范围为HPhPs在较低的频带，表现出面内双曲线，是更广泛的HPhPs在上带的面外双曲线。极化激元波长的延伸率可达160%，阻尼率的降低率可达35%。这些发现不仅可以提供基本的见解，光操纵的极化激元晶体在纳米尺度上，但也开辟了新的机会，可调纳米光子应用。
2021-04-01 physics.optics
High-energy tunable ultraviolet pulses generated by optical leaky wave in filamentation
本文理论上提出利用成丝中的光学泄漏波在预形成空气等离子体通道中产生高能量、波长可调谐的紫外脉冲，波长覆盖250-430纳米，能量达亚毫焦耳，并支持倍频程超连续谱，为超快现象表征及高能量阿秒脉冲产生提供新光源。
2024-07-18 physics.optics
An inverse-designed nanophotonic interface for excitons in atomically thin materials
本研究以六方氮化硼为波导层结合光子逆向设计，构建对接二维材料的纳米光子平台，实现强激子-光子耦合与暗激子高效检测，为相关非线性光学应用铺路。
2023-08-25 physics.optics
Amplified Directional Photoluminescence from CIS Quantum Dots and hBN Quantum Emitters using Tunable BIC Metasurfaces
本研究提出一种结合相变材料Sb2S3的有源混合超表面，通过支持可调谐BIC共振，实现了CIS量子点和hBN单光子发射器光致发光的显著定向放大与动态调控，为量子纳米光子芯片设定了新基准。
2025-10-12 physics.optics quant-ph
On-chip electrically reconfigurable octave-bandwidth optical amplification from visible to near-infrared
Photonics Initiative, Advanced Science Research Center, City University of New York（纽约市立大学高级科学研究中心光子学倡议）；Physics Program, Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院物理学项目）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Michigan（密歇根大学电气与计算机工程系）；Department of Physics, City College of New York（纽约市立学院物理系）
本研究提出一种电可重构光学参量放大器，实现从可见光到近红外的 octave 带宽光学放大，突破传统限制，提升量子传感和通信性能。
2026-01-30 physics.optics
Quadratic Supercontinuum Generation from UV to Mid-IR in Lithium Niobate Nanophotonics
本文提出新的色散工程原理，在铌酸锂纳米波导中实验实现纯二阶超连续谱，仅需飞焦泵浦能量并覆盖350–5000 nm。
2025-10-21 physics.optics
Metasurface Freeform Nanophotonics
自由形式光学旨在通过允许旋转对称之外的更复杂的相位几何形状来扩展光学元件的工具包。采用复杂的非对称曲率来增强光学部件的性能，同时使它们的重量和尺寸最小化。不幸的是，这些不对称形式通常难以用当前技术在纳米级制造。超表面是平面亚波长结构，其可以控制入射光的相位、振幅和偏振，并且由此可以在平坦的波长级厚表面上模拟复杂的几何曲率。我们提出了一种方法，用于设计类似的自由形式的光学系统，使用低对比度的电介质超颖表面平台在可见光波长下工作。我们展示了具有点扩散函数的立方相位板，其沿光轴的景深超过300 μm，具有执行基于超颖表面的白光成像的潜力，以及具有超过2.5 mm的可调焦距范围和100 μm的总机械位移的阿尔瓦雷斯透镜。自由形式光学器件对亚波长超颖表面平台的适应允许光学部件的最终小型化，并提供了一种可扩展的路线，以实现纳米光子学中的近任意几何曲率。
2016-10-04 physics.optics
Tunable plasmon-enhanced second-order optical nonlinearity in transition metal dichalcogenide nanotriangles
发展具有高非线性极化率的纳米材料是非线性纳米光子学的关键。我们发现，过渡金属-二硫属化物（TMD）纳米三角形有一个大的有效的二阶极化率[ $χ^{(2)}$ ]在中红外到近红外频率，由于其破缺的中心对称性。$χ^{(2)}$在考虑耗散和屏蔽的密度矩阵形式中计算。$χ^{(2)}$在双光子共振（由几何结构指定）和等离子体共振（通过载流子密度可调谐）附近具有峰值。对齐的共振产生高达$10^{-6}$ m/V的$χ^{(2)}$的值。这些发现强调了非线性纳米光子学，特别是二次谐波产生的TMD纳米三角形的潜力。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
On-chip optical parametric oscillation into the visible: generating red, orange, yellow, and green from a near-infrared pump
微谐振腔中的光学参量振荡（OPO）是一种有效的、可扩展的片上相干可见光产生方法。然而，到目前为止，只有在< 420 THz（接近可见光波段的边缘）的红光被报道。在这项工作中，我们展示了片上OPO覆盖> 130 THz的可见光谱，包括红色，橙色，黄色和绿色波长。特别地，使用在从386 THz到391 THz的近红外中扫描5 THz的泵浦激光器，信号从395 THz的近红外调谐到528 THz的可见光，而闲频从378 THz的近红外调谐到254 THz的红外。我们证明的最宽的信号-闲频分离为274 THz，对应于超过一个倍频程的跨度，并且是迄今为止纳米光子OPO最宽的分离。我们的工作清楚地展示了非线性纳米光子学如何将光从易于访问的紧凑型近红外激光器转换为目标可见波长，这对于光谱学和计量系统的现场部署至关重要。
2020-03-26 physics.optics
Electro-Optically Tunable Universal Metasurfaces
几十年来，在纳米尺度上塑造光的流动一直是纳米光子学的一个巨大挑战。现在广泛认识到，超颖表面代表了能够通过适当配置亚波长天线元件来全面控制光的波前的芯片级纳米光子阵列技术。在这里，我们展示了一个通用的可重构元表面，即，理论上能够使用没有移动部件的紧凑、重量轻、电子控制的阵列在电信波长范围内提供不同的光学功能。通过电光控制的散射光的相位从相同的个人元表面元件，我们展示了一个单一的原型通用可编程元表面，能够使用一个单一的设备的动态光束转向和可重构的光聚焦。因此，具有可调谐光学天线阵列的可重构通用超颖表面可以通过散射光相位、振幅和偏振的可编程阵列级控制来执行任意光学功能，类似于电子学中的动态和可编程存储器。
2019-10-04 physics.app-ph physics.optics
Resonant Thermoelectric Nanophotonics
光电探测器通常基于来自半导体结构中的电子-空穴对的光电流生成以及基于用于低于带隙吸收的波长的测辐射热法。在这两种情况下，共振等离子体和纳米光子结构已成功地用于提高性能。在这项工作中，我们展示了设计用于共振光谱选择性吸收的亚波长热电纳米结构，其产生足够大的局部温度梯度以产生易于测量的热电电压。我们表明，这样的结构是可调的，并能够高度波长特定的检测，与输入功率响应度高达119 V/W（参考入射照明），响应时间近3 kHz，通过结合谐振吸收和热电结在一个单一的结构，产生一个带隙独立的光电探测机制。我们报告的结果，共振纳米光子碲化铋-碲化锑结构和铬镍-铝镍结构的例子，广泛的一类纳米光子热电结构，可用于快速，低成本和强大的光电应用，如非带隙限制的高光谱和宽带光电探测器。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Switching the Optical Chirality in Magneto-plasmonic Metasurfaces Using Applied Magnetic Fields
手性纳米光子器件在手性分子传感、偏振多样性纳米光子学和显示技术等方面具有广阔的应用前景。主动手性纳米光子器件是一种可以通过外界激励来控制光学手性的器件，引起了人们极大的研究兴趣。然而，光学手性的有效调制一直是具有挑战性的。在这里，我们展示了开关的非本征手性施加磁场的磁等离子体超颖表面设备的基础上的磁光氧化物材料，Ce 1 Y2 Fe 5 O 12（Ce：YIG）。由于Ce：YIG具有低的光损耗和强的磁光效应，在掠入射条件下，在波长为950 nm的激光器上施加-0.65° ~+1.9°范围内的磁场，实现了巨大且连续的远场圆二色性（CD）调制。远场CD调制是由于磁光圆二色性和施加的磁场对超手征场的近场调制。最后，我们在使用自组装制造的毫米级磁等离子体元表面中展示了磁场可调手征成像。我们的研究结果为实现平面集成的、大规模的、具有活性的手性超表面提供了一种新的途径。
2019-09-30 physics.optics
Optothermally Controlled Charge Transfer Plasmons in Au-Ge2Sb2Te5 Core-Shell Assemblies
可见光和近红外光谱范围内的可调谐等离子体共振为开发下一代纳米光子器件提供了新的方法。在本研究中，我们利用光热控制的相变材料（PCM），成功地诱导了高度可调的电荷转移等离子体（CTP）共振模式。为此，我们设计了一个两员二聚体组装，包括金核心和Ge2Sb2Te5（GST）壳在遥远的，接触，和重叠的条件。我们成功地证明了GST的非晶（介电）和结晶（导电）相之间的切换允许实现沿近红外光谱的可调谐偶极和CTP共振。所提出的二聚体结构可以帮助形成光热控制的器件，而无需在设计的几何形状中进一步的几何变化，并且具有用于先进的等离子体激元调制和快速数据路由的强大潜力。
2017-12-04 physics.optics
Nonlinear Nanophotonic Chip-space Interfaces: On-chip Generation of Structured, Topological and Spatiotemporal Lights Via Nonlinear Čerenkov Radiation
State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院光电材料与技术国家重点实验室）；CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息重点实验室）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息与量子物理学前沿卓越创新中心）
通过非线性切连科夫辐射在芯片上生成结构化、拓扑和时空光，实现多维非线性光学工程。
2026-03-06 physics.optics
Mid-infrared optical parametric amplifier using silicon nanophotonic waveguides
全光信号处理被认为是下一代光通信网络大幅降低功耗和提高性能的一种方法。非线性光学效应，如四波混频（FWM）和参量增益，长期以来一直被探索在玻璃光纤中实现全光功能。另一种方法是采用硅波导的纳米级工程来增强光学非线性高达五个数量级，从而实现集成芯片级全光信号处理。以前，电信波段泵浦的强双光子吸收（TPA）一直是一个基本的和不可避免的障碍，限制了参数增益的值在几dB的顺序。在这里，我们展示了一个硅纳米光子光参量放大器，表现出高达25.4 dB的增益，通过操作泵在中红外近一半的带隙能量（E~0.55eV，λ ~ 2200 nm），在寄生TPA相关的吸收消失。该增益足以补偿所有插入损耗，从而实现13 dB净片外放大。此外，色散工程将增益带宽显著提高到220 nm以上，所有这些都是使用超紧凑的4 mm硅芯片实现的。除了与全光信号处理的显著相关性外，宽带参量增益还有助于通过级联FWM同时生成多个片上中红外光源，覆盖500 nm光谱范围。总之，这些结果提供了一个基础的硅基室温中红外光源，包括可调芯片级参量振荡器，光学频率梳，和超连续谱发生器的建设。
2010-01-10 physics.optics
Fiber-based biphoton source with ultrabroad frequency tunability
可调谐双光子对于广泛的量子应用是非常重要的。对于某些应用，特别有趣的是一对光子中的两个光子在频率上相距很远的情况。本文报道了一种基于氙填充空芯光子晶体光纤的可调谐双光子源。可调谐性是通过调节光纤内的气体压力来实现的。这使我们能够定制光纤的色散景观，克服基于实芯光纤的双光子源的主要限制。我们报告了一个最大的可调谐性为120太赫兹的压力范围为4巴与30太赫兹/巴的连续移位。在21巴时，一对光子被一个以上的倍频程分开。尽管间隔很大，但两个光子都有很大的带宽。在17巴时，它们在泵的频率周围形成非常宽的（110 THz）频带。
2021-06-18 physics.optics
Twist-tunable moiré optical resonances
本文研究双层介电光子晶体平板中的莫尔周期性，发现其可产生极窄且对扭转和间隙高度敏感的光学共振，并展示了在300–600 nm范围内品质因数从10^2到10^5的扭转调谐能力。
2022-11-21 physics.optics
Extraordinarily Large Permittivity Modulation in Zinc Oxide for Dynamic Nanophotonics
材料的介电常数将光-物质相互作用的基本物理学封装到材料对光激发的局部响应中。动态的光致介电常数调制可以实现对光的相位、振幅和偏振的前所未有的控制水平。因此，详细的动态特性的技术相关的材料，基本上可调的光学性能和快速响应时间是实现可调光学器件的关键步骤。这项工作报告的非常大的介电常数变化的氧化锌薄膜（高达-3.6相对变化的介电常数的实部在1600 nm波长）引起的光学产生的自由载流子。我们展示了宽带反射调制高达百分之七十的金属背衬氧化物反射镜在电信波长，皮秒尺度的弛豫时间。通过控制泵浦能量密度，可以使薄膜在零点附近的折射率从8.5 μ m动态变化到1.6 μ m。最后，我们表明，调制可以选择性地增强在特定的波长采用金属背衬ZnO磁盘，同时保持皮秒级的开关时间。这项工作提供了对氧化锌中自由载流子辅助介电常数调制的见解，并可以实现用于光束转向，偏振器和空间光调制器的新型动态器件。
2020-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Widely tunable optical parametric oscillation and visible light generation in 4H-SiC microresonators
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
通过色散工程在4H-SiC微谐振器中实现近一个倍频程的宽分离光学参量振荡，并利用级联二次谐波和和频产生产生可见光，展示了4H-SiC在非线性波长转换中的潜力。
2026-06-24 physics.optics
Design of Tunable Perfect Absorbers in the Mid-IR Spectrum Using Graphene-Based Multilayer Structures: Emerging Applications in Atmospheric Window Matching
本文提出基于石墨烯非周期多层结构，利用微遗传算法逆向设计可调谐和可切换的中红外完美吸收体，通过调整化学势实现峰值波长移动并保持高吸收率，适用于热光伏、传感器和隐身技术。
2024-04-29 physics.app-ph physics.optics
A Van der Waals Moiré Bilayer Photonic Crystal Cavity
针对莫尔光子晶体腔实现的挑战，本文利用范德华材料六方氮化硼制造出可控扭转角的莫尔双层光子晶体腔，其在可见光范围存在平带模式，为下一代片上扭曲纳米光子系统提供了关键进展。
2025-02-14 physics.optics
Mid-infrared-to-ultraviolet supercontinuum generation in low-loss tantalum pentoxide nanophotonic waveguides
State Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Shanghai University（上海大学）；The Extreme Optoelectromechanics Laboratory (XXL), School of Physics, East China Normal University（华东师范大学）；State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University（华东师范大学）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；University College London（伦敦大学学院）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学）；Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University（山东师范大学）
通过探索五氧化二钽的宽透明窗口、高非线性折射率和宽禁带，利用光刻辅助化学机械刻蚀工艺实现低损耗波导，在54 pJ脉冲能量下产生350-3200 nm的3.2倍频程超连续谱，并验证了相干性和孤子自压缩。
2026-06-24 physics.optics
Nonlinear Nanophotonic Circuitry: Tristable and Astable Multivibrators and Chaos Generator
集总光学纳米元件（或元电子学）的概念，其中纳米尺度的结构作为纳米电感器，纳米电容器和纳米电阻器，已经吸引了大量的关注，作为一个简单的工具箱工程不同的纳米光子器件与微电子学的类比。虽然最近的研究主要集中在线性功能上，但微电子器件中的非线性动力学起着至关重要的作用，并提供了现代应用中使用的大多数功能。在这里，我们扩展了元电子学的范例，并添加非线性动力学模式的纳米光子器件，从来没有与光学纳米天线。具体而言，我们表明，非线性二聚体纳米天线可以在三稳态和非稳态多谐振荡器以及混沌发生器的制度。这些模式背后的物理机制依赖于二聚体中纳米颗粒的克尔型非线性，其通过偶极局部表面等离子体共振增强。这允许在中等光强下提供正的非线性反馈，从而通过调节驱动场参数来产生期望的动力学行为。我们的研究结果揭示了一类新的非线性纳米光子器件具有可调的非线性动力学响应。
2021-06-17 nlin.CD physics.app-ph physics.optics
Spontaneous parametric down-conversion induced by optomechanical gradient forces in nanophotonic waveguides
平行光子波导中导波的倏逝场引起光机械梯度力。当被设计为具有吸引力的性质时，它们随着波导之间的间隙减小而呈指数增加。此外，由于梯度力的振幅与输入激光功率呈线性关系，因此可以很好地控制梯度力的振幅。在这里，我们建议利用光机械梯度力的固有非线性性质，诱导两个双钳位纳米光子束的基模之间的可调谐3波耦合。对于具有另一光束的一半宽度的光束中的一个，基模之间的1：2内共振支持简并自发参量下转换（SPDC）。我们从理论上探讨了基本的退化参量振荡器模型的耗散相图的主要特点，表明临界点的SPDC发生在参数，以及达到国家的最先进的实验。
2021-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gate tunable light-matter interaction in natural biaxial hyperbolic van der Waals heterostructures
最近在范德华晶体（如$α$ $_3$）中发现的天然双轴双曲性，由于其深亚波长声子极化激元，为中红外纳米光子学开辟了新的途径。然而，一个重大的挑战是这些双曲声子极化激元缺乏主动可调谐性。在这项工作中，我们研究了石墨烯和$α$ $_3$的异质结构，通过静电门控在中红外光谱区主动可调谐的混合等离子体声子极化激元模式。我们观察到一个独特的传播方向相关的石墨烯等离激元与双曲声子极化激元的石墨烯化学势的实验可行的值杂交。我们进一步报告了可调谷量子干涉在这个系统中的应用，由于这些混合模式的形成，具有较宽的工作带宽。这项工作提出了一种无光刻的替代方案，使用亚波长厚的自然双轴双曲材料进行主动可调谐的各向异性自发发射增强。
2022-01-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Suppressing Material Loss for Functional Nanophotonics Using Bandgap Engineering
全介电纳米天线最近为功能纳米光子学打开了令人兴奋的机会，这是由于它们在近红外范围内的强光学共振以及低材料损耗。将这些概念推向可见光范围受到Si和其他高折射率半导体的较大吸收系数的阻碍，从而鼓励寻找纳米光子学的替代材料。在本文中，我们采用带隙工程合成氢化非晶硅纳米粒子（a-Si：H NPs）提供理想的功能纳米光子学的功能。我们观察到显着的材料损耗抑制在a-Si：H纳米粒子在可见光范围内所造成的氢化诱导的带隙重整化，产生共振模式在单一的a-Si：H纳米粒子的Q因子高达~100，在可见光和近红外范围内的第一次。为了证明光-物质相互作用的增强，我们实现了高度可调谐的全介质纳米天线耦合到光致变色螺吡喃（SP）分子。我们在高Q共振模式下显示了~70%的光散射可逆全光调谐，以及在共振时的微小可调谐性。这种显著的全光调谐效应是在低入射光强度下实现的，对于UV光为~3.8 W/cm 2，对于绿光为~1.1*10^2 W/cm 2。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Temperature Invariant Metasurfaces
众所周知，热效应通过几种物理机制影响材料的电子和光学性质，并且是各种光电子器件的基础。热光（TO）效应-折射率随温度的变化（dn/dT），是用于可调谐光学器件（包括集成光学部件、超颖表面和纳米天线）的常见机制之一。然而，当需要静态和固定操作时，即，温度不变性能-这种效应成为一个缺点，并且当工作温度随时间变化时，可能通过谐振频率、幅度或相位的漂移而导致不期望的行为。在这项工作中，我们提出了一个系统的方法来减轻纳米光子器件中的热致光学波动。通过使用由具有相反TO色散（dn/dT<0和dn/dT>0）的两种材料组成的混合亚波长谐振器，我们能够补偿TO偏移并设计具有零有效TO系数（dn/dT~0）的元原子和元表面。我们展示了在宽温度范围和宽光谱带内工作的超原子和超表面中的温度不变的谐振频率、振幅和相位响应。我们的研究结果突出了一条通往温度不变的纳米光子学的道路，它可以在很宽的温度范围内提供恒定和稳定的光学响应，并应用于大量的光电子器件。控制TO色散的符号和大小扩展了光操纵的能力，并为纳米光子系统中的光学工程工具箱增加了另一层。
2023-01-30 physics.optics
Experimental demonstration of tunable graphene hyperbolic metamaterial
按需调节宏观介电响应具有可主动调节的超光子学和光学器件的潜力。近年来，石墨烯作为纳米光子学中的可调谐元件得到了广泛的研究。大量的理论工作已经致力于调整石墨烯/电介质异质结构的双曲线性质，然而，到目前为止，这样的主题还没有被实验证明。在这里，我们专注于石墨烯/极化激元电介质超材料，具有由电介质的极性响应引起的强光学共振，通常难以主动控制。通过控制石墨烯的掺杂水平，通过外部偏压，我们实验证明了从费米能级EF = 0 eV到EF = 0.5 eV的宽范围的可调谐性，这产生了有效的ε-近零交叉和可调谐的介电性质，通过光谱椭圆偏振法和透射测量验证。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Tunable fiber source of entangled UV-C and infrared photons
该研究利用充氙气单环光子晶体光纤中的四波混频，生成了紫外与红外光谱范围内的纠缠光子对，通过调节气压实现了高达170 THz的频率调谐，为紫外光谱学和传感开辟了新途径。
2023-02-15 physics.optics quant-ph
Moire-enabled optical vortex with tunable topological charge in twisted bilayer photonic crystals
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本研究利用扭曲双层莫尔光子晶体的层间耦合产生贝塞尔型连续谱准束缚态，实现了拓扑荷可调的光学涡旋阵列，为集成OAM的复用技术提供了新方案。
2025-10-29 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
Quantum Frequency Conversion of a Quantum Dot Single-Photon Source on a Nanophotonic Chip
单自组装InAs/GaAs量子点是量子信息科学中最有前途的不可分辨光子亮源。然而，由于其生长所固有的不均匀加宽，它们在发射波长中的分布限制了产生多个相同源的能力。量子频率转换可以克服这个问题，特别是如果使用可扩展的芯片集成技术实现。在这里，我们报告的量子频率转换的量子点单光子源的硅纳米光子芯片上的第一个演示。来自微柱腔中的量子点的单光子在波长上发生偏移，片上转换效率约为12%，受到量子点光子的线宽的限制。与转换前的值g（2）（0）= 0.080 +/-0.003相比，频率转换后的光的强度自相关函数g（2）（tau）是反聚束的，g（2）（0）= 0.290 +/-0.030。我们证明了我们的频率转换接口作为量子点源的资源的适用性，通过表征其在宽范围的输入波长（840 nm至980 nm）的有效性，以及其实现难以通过其他方法获得的可调谐波长偏移的能力。
2019-04-26 physics.optics quant-ph
Tunable mid-infrared generation via wide-band four wave mixing in silicon nitride waveguides
实验研究了在光子芯片氮化硅波导中利用四波混频（FWM）实现近红外（NIR）飞秒脉冲到中红外（MIR）的宽带（>100 THz）下变频。纳米光子几何结构中的工程色散，以及氮化硅的宽透明度范围，使大失谐FWM相位匹配成为可能，并在单个芯片上产生2.6-3.6 μ m的可调谐MIR，泵浦脉冲能量为100 pJ。此外，我们观察到> 20 dB的宽带参数增益的NIR脉冲时，FWM过程中操作的频率上转换配置。我们的研究结果展示了集成光子电路如何在同一芯片上实现多种非线性光学现象，并导致工程合成的宽带，可调谐，相干光跨近红外和中红外波长带从光纤为基础的泵。
2018-07-08 physics.app-ph physics.optics
