Visible-to-telecom quantum frequency conversion of light from a single quantum emitter
量子频率转换（QFC）是一种非线性光学过程，其中量子光场的频率被改变，同时保持其非经典相关性，20年前首次被证明。同时，它被认为是实现量子中继器的重要工具，因为它允许将量子存储器与作为量子信息载体的电信波长光子连接。在这里，我们展示了由量子点（QD）发射的可见单光子（711 nm）到电信波长（1，313 nm）的有效（>30%）QFC。对波长转换前后的一阶和二阶相干性的分析清楚地证明了在频率转换过程中，相干时间和光子反聚束等重要性质是完全守恒的。我们的研究结果强调了单光子源与QFC相结合的巨大潜力，作为一种有前途的量子中继器方案技术。
2012-04-27 physics.optics quant-ph
Telecom-to-Visible Quantum Frequency Converter on a Silicon Nitride Chip
本文提出首个氮化硅芯片上的可见光-电信波段量子频率转换器，利用布拉格散射四波混频实现1260 nm到698 nm的单光子上转换，并通过噪声抑制实现5%转换效率，为CMOS兼容量子网络器件奠定基础。
2025-05-15 physics.optics quant-ph
Efficient telecom-to-visible spectral translation through ultra-low power nonlinear nanophotonics
在紧凑、低功率平台中光谱转换光波信号的能力是非线性纳米光子技术前景的核心。例如，将电信波段与可见光和短近红外波长连接起来的设备可以实现基于可扩展纳米纤维技术的高性能芯片集成激光器与用于时间和频率计量的原子系统之间的连接。虽然二阶非线性（χ^（2））系统是桥接如此大的谱隙的自然方法，但在这里，我们证明了三阶非线性（χ ^（3））系统，尽管它们的非线性响应通常要弱得多，但可以实现前所未有的性能的谱平移。通过在氮化硅微谐振器中将谐振增强与纳米光子模式工程相结合，我们证明了通过腔增强四波混频将连续波信号从电信波段（~ 1550 nm）有效地光谱转换到可见波段（~ 650 nm）。我们在>250 THz的宽光谱范围内实现了这种平移，平移效率为（30.1 +/- 2.8）%，并使用（329 +/- 13）uW的超低泵浦功率。在1 mW下，转换效率达到（274 +/-28）%，比目前的纳米光子器件所达到的转换效率高出一个数量级。
2019-03-06 physics.app-ph physics.optics
Efficient self-imaging grating couplers on a Lithium-Niobate-On-Insulator platform at near-visible and telecom wavelengths
铌酸锂绝缘体（LNOI）已成为集成光子学领域一个有前途的平台。非线性光学过程和快速电光调制在超低损耗波导中具有突出的性能。为了利用LNOI技术提供的优势，需要在不同波长范围内工作的合适的光纤到芯片互连。在这里，我们提出了易于制造的自成像变迹光栅耦合器，其特征在于TE 0模式的耦合效率在$λ$ =1550 nm处高达$\simeq 47.1\%$，在$λ$ =775 nm处高达$\simeq 44.9\%$。我们的方法避免了使用任何金属背反射器来改善方向性或使用多层结构来增强光栅强度。
2021-04-16 physics.app-ph physics.optics
Synthetic five-wave mixing in an integrated microcavity for visible-telecom entanglement generation
非线性光学过程是光子学和量子光学的核心，因为它们在光源和信息处理中起着不可或缺的作用。在过去的几十年中，三波和四波混频（$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$）效应得到了广泛的研究，特别是在光子-光子相互作用强度大大增强的微/纳米结构中。由于介电材料的本征非线性极化率较弱，迄今为止，对$χ^{(3)}$以外的高阶非线性的研究很少，即使在高质量的微腔中也是如此。在这里，一个有效的五波混频过程（$χ^{(4)}$）是第一次合成，通过将$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$过程中的一个单一的微腔。合成的$χ^{(4)}$的相干性通过产生时间-能量纠缠的可见光-电信光子对来验证，该方法仅需要一个电信波段的驱动激光。从合成过程中的光子对产生率显示了增强因子超过$500$倍后，内在的五波混频。我们的工作展示了一种在介观尺度上通过光子结构工程而不是材料工程进行非线性合成的通用方法，从而为实现高阶光学非线性和探索新型功能光子器件开辟了新的途径。
2022-04-03 physics.optics quant-ph
Milliwatt-threshold visible-telecom optical parametric oscillation using silicon nanophotonics
可见波长相干光的片上产生对于光谱和计量系统的现场部署至关重要。虽然片上激光器已经在特定情况下实现，但没有报道不受特定增益介质限制的一般解决方案。在这里，我们提出创建可见光从红外泵浦宽分离光学参量振荡（OPO）使用硅纳米光子学。OPO在900 nm泵浦下分别产生700 nm和1300 nm波段的信号光和闲频光。它的阈值功率为（0.9 +/-0.1）mW，比其他宽分离微腔OPO工作小50倍以上，这些工作仅在红外线中报道。该低阈值使得能够直接泵浦而不需要中间光放大器。我们进一步展示了如何修改器件设计，以产生具有相似功率效率的780 nm和1500 nm光。我们的纳米光子OPO在功率效率、操作稳定性和器件可扩展性方面显示出明显的优势，并且是朝向相干可见光的灵活片上生成的重大进步。
2019-09-16 physics.app-ph physics.optics
Efficient bidirectional quantum frequency conversion between telecom and visible bands using programmable III-V nanophotonic waveguides
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
针对量子频率转换难以同时兼顾多性能指标的问题，本研究基于可编程InGaP纳米光子波导实现通信与可见光波段的双向QFC，以更低泵浦功率获得更高转换效率，支撑可扩展量子网络发展。
2025-11-18 physics.optics quant-ph
Travelling-wave single-photon detectors integrated with diamond photonic circuits - operation at visible and telecom wavelengths with a timing jitter down to 23 ps
我们报道了集成多晶金刚石光子电路的行波超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的设计、制备和测量。我们分析了它们在1600 nm和765 nm附近的近红外波长范围内的性能。近红外探测对于与电信基础设施的兼容性是重要的，而在可见光波长范围内的操作对于与金刚石中的硅空位中心的发射线的兼容性是相关的，金刚石中的硅空位中心可以用作有效的单光子源。我们的探测器具有高临界电流（高达31 μA）和高效率（在765 nm时高达74%）、噪声等效功率（在765 nm时低至4.4*10^-19 W/（Hz^1/2））和定时抖动（低至23 ps）方面的高性能。
2016-03-07 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Triply-Resonant Sum Frequency Conversion with Gallium Phosphide Ring Resonators
我们展示了准相位匹配，三倍频谐振和频率转换在10.6微米直径的集成磷化镓环形谐振器。在饱和泵浦功率下，从1536 nm和1117 nm波长到647 nm波长的小信号光波导功率转换效率为8%/mW，绝对功率转换效率为6.3%。对于互补差频产生过程，单光子转换效率为7.2%/mW，从可见光到电信预计与优化耦合的谐振器。从可见光到电信的有效转换将促进来自固态发射器（如金刚石NV中心）的自旋纠缠光子的长距离传输，从而实现量子网络的长距离纠缠。
2022-08-16 physics.app-ph physics.optics
3D laser printing by ultra-short laser pulses for micro-optical applications: towards telecom wavelengths
提出了使用飞秒（fs-）激光振荡器在100微米足迹区域上三维（3D）快速（< 0.5小时）打印低至亚波长分辨率的微光学元件。利用低于1 nJ的脉冲能量，在SZ 2080抗蚀剂上制作了由具有方位角变化取向的聚合光栅段制成的光学涡旋发生器，聚合棒的宽度为~150 nm，周期为0.6-1微米。用Berek补偿器（在白光照明下）手动进行详细的相位延迟分析，并使用等效原理通过在546 nm处的自动化Abrio实现。由于光栅的周期与可见光的波长相当（或更大），因此需要对延迟进行直接的实验测量。通过金溅射，透射型光学涡旋发生器变成具有增强延迟的反射型光学涡旋发生器，n. h由形式双折射n和高度h = 2d定义，其中d是聚合结构的厚度。用Berek补偿器在可见光波长下测量，延迟达到315 nm。基于所提出的方法，可以实现高纯涡旋发生器所需的180度（或半波长）的双折射相位延迟。具有方位定向光栅的亚波长图案的电信波长的光学涡旋发生器可通过直接激光聚合来处理。
2017-07-28 physics.optics
High Q micro-ring resonators fabricated from polycrystalline aluminum nitride films for near infrared and visible photonics
我们展示了宽带集成光子电路的光刻沉积氮化铝（AlN）薄膜。在近红外和可见光波长下，我们在集成波导中实现了低传播损耗，并实现了高质量的光学谐振器。在电信C波段（1520-1580 nm），我们获得了440，000的最高光学Q因子。临界耦合器件的消光比大于30 dB。对于可见光波长（约770 nm），本征品质因数超过30，000被证明。我们的工作说明了氮化铝作为宽带光学应用的低损耗材料的潜力。
2012-05-08 physics.optics
A high-performance all-silicon photodetector enabling telecom-wavelength detection at room temperature
本文提出一种室温工作于C波段的全硅波导耦合光电探测器，通过近固溶度极限深能级掺杂实现子带隙吸收，性能满足电信应用并支持硅基PIC单片集成。
2025-08-31 physics.app-ph physics.optics
High-Performance Labyrinth Circular Bragg Grating Design for Charge and Stark-Tunable Quantum Light Sources Spanning Visible to Telecom Wavelengths
Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本研究提出了一种高性能labyrinth圆形布拉格光栅设计，用于实现可见至电信波长范围内的电荷和斯托克可调量子光源，通过优化设计实现了高耦合效率和普尔塞尔增强。
2025-12-05 physics.optics quant-ph
Quantum Transduction of Telecommunications-band Single Photons from a Quantum Dot by Frequency Upconversion
将光的非经典状态从一个波长转换到另一个波长的能力是集成不同量子系统的一个要求，这些量子系统利用双折射带光子进行量子信息的光纤传输，并利用近可见的固定系统进行操纵和存储。此外，由于近红外探测的挑战，将1.3 μm的单光子源转换为可见光波长进行探测将是线性光量子计算的组成部分。最近，在单光子功率水平的转导已经通过频率上转换完成，但它还没有被证明是一个真正的单光子源。在这里，我们测量了半导体量子点在1.3 μm到710 nm的触发单光子发射，总探测（内转换）效率为21%（75%）。我们证明了710 nm信号保持了1.3 μm信号的量子特性，产生了光子反聚束二阶强度相关g^（2）（t），表明光场由g^（2）（0）= 0.165 < 0.5的单光子组成。
2011-08-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Phase and dispersion engineering of metalenses: broadband achromatic focusing and imaging in the visible
超颖表面有可能使任何光学元件的性能得到改善和提高，其应用范围涵盖电信、计算和可穿戴光学器件。然而，在连续、宽波长范围内保持功能的能力对于它们的广泛采用至关重要。到目前为止，实现这一点的努力已经被限制在反射配置或在可见光以外的波长处的操作。在这里，我们表明，通过明智地选择纳米结构，可以独立地控制相位和群延迟，导致宽带透射消色差超透镜和超透镜在整个可见光谱的可调色散。我们展示了衍射限制的宽带聚焦和消色差成像，使用超透镜在470 nm至670 nm的波长范围内，在200 nm的带宽范围内焦距变化仅为百分之几。该方法仅需要厚度在波长尺度上的单层超颖表面，并且不涉及空间复用或级联。
2017-11-26 physics.optics
Green, red and IR frequency comb line generation from single IR pump in AlN microring resonator
片上频率梳产生器可实现用于光谱传感和精密光谱的紧凑型宽带光源。目前微梳的研究主要集中在红外波段，而在可见光波段的研究还存在一定的困难。在这里，我们展示了梳状可见频率线的产生，通过第二，第三谐波，和总频率转换的克尔梳内的高Q氮化铝微谐振器由一个单一的电信激光泵浦。强大的功率增强，结合氮化铝的普克尔和克尔光学非线性的独特组合，导致可见光谱中的级联频率转换。高分辨率光谱研究的可见频率线表明匹配的自由光谱范围内的所有波段。这种在单个微梳结构中的倍频和三倍频效应为梳状光谱和自参考梳提供了巨大的潜力。
2014-10-19 physics.optics
Highly efficient visible and near-IR photon pair generation with thin-film lithium niobate
该研究在周期极化铌酸锂纳米光子波导中实现高亮度可见-近红外光子对产生，效率媲美电信波长光源且远高于传统可见光源，将纳米波导光子对最短波长纪录缩短近一个倍频程。
2023-10-13 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear nanophotonic devices in the Ultraviolet to Visible wavelength range
虽然发明的第一个激光器在可见光下工作，但第一个片上器件在电信需求的驱动下针对近红外（IR）性能进行了优化。然而，随着集成光子学的应用范围不断扩大，对波长的需求也越来越大，我们现在正在回归可见光（Vis）并推进紫外线（UV）。这种转变需要在器件设计和材料方面进行创新，并利用非线性行为来达到这些波长。这篇综述讨论了关键的非线性现象，可以使用，以及提出了几个新兴的材料系统和设备，已经达到了紫外-可见波长范围。
2020-06-14 physics.app-ph physics.optics
Efficient generation of entangled photons in the telecommunications range using nonlinear metasurfaces integrated with ScAlN/GaN heterostructures
Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心）；Princeton University（普林斯顿大学）；Ariel University（阿里尔大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Purdue University（普渡大学）
本文提出利用ScAlN/GaN量子阱与介电超材料集成的新方法，通过非线性效应实现高效参量下转换，生成电信波段纠缠光子，提升量子通信与计算性能。
2026-03-17 physics.optics
Linear and Nonlinear Characterization of broadband integrated Si-rich silicon nitride racetrack ring resonator for on-chip applications
本文表征了富硅氮化硅跑道型微环谐振器的线性和非线性特性，测得热光系数为3.28×10⁻⁵°C⁻¹，并发现其在电信波段无非线性损耗，适用于片上集成应用。
2022-09-25 physics.optics
Nonlinear optical radiation of a lithium niobate microcavity
研究了在非线性光子器件研究中被忽略的锂离子微腔的非线性光辐射。我们发现，在集成微腔平台上，通过适当放宽相位匹配条件，可以极大地增强芯片上的受限光模与自由空间中的连续光模之间的非线性耦合。利用红外泵浦激光器，我们观察到了可见光波段的二次谐波垂直辐射，这表明了一种鲁棒的无相位匹配的芯片-自由空间频率转换器，也揭示了一个额外的能量耗散通道的集成器件。不同频率的产生也验证了自由空间光束与受限模式之间的这种意想不到的相干非线性相互作用。此外，基于非线性辐射的无相位匹配性质，我们建立了一个集成的原子气体传感器，用单个通信激光表征Rb同位素。揭示的非线性光辐射机制对于所有介质光子集成器件是通用的，并且提供了简单而鲁棒的芯片到自由空间以及可见光到电信的接口。
2022-04-17 physics.optics
Efficient integrated graphene photonics in the visible and near-IR
石墨烯光子学已经成为提供期望的光学功能的有前途的平台。然而，石墨烯的单层尺度厚度从根本上限制了可用的光物质相互作用，这对集成器件构成了关键的设计挑战，特别是在石墨烯等离子体激元不成立的波长范围内。虽然已经提出了几种等离子体设计来增强这些机制中的石墨烯光相互作用，但它们由于金属吸收而遭受大量的插入损耗。在这里，我们报告了一个非谐振超材料为基础的波导平台，以克服与石墨烯器件相关的设计瓶颈。这种超材料结构即使使用金属也能够实现低插入损耗。通过研究波导色散特性，通过封闭形式的分析，它表明，超材料的方法可以提供优化的光场与石墨烯单层重叠。这使得基于石墨烯的集成组件具有优异的光学性能。具体地，超材料辅助的石墨烯调制器与Si纳米线相比可以提供消光比的5倍改善，同时与等离子体结构相比将插入损耗降低一个数量级。因此，这种波导配置允许人们最大化石墨烯在电信和可见光区域中保持的光学势。
2017-05-10 physics.optics
Tunable frequency conversion in doped photonic crystal fiber pumped near degeneracy
本研究提出一种锗掺杂纤芯的光子晶体光纤，通过布拉格散射四波混频实现920nm附近纳米级频移（最高79.4%内转换效率），可互连不同InAs量子点，还能级联生成远电信波长频率梳，并实现弱经典信号到电信C波段的可调谐频率转换。
2024-07-12 physics.optics quant-ph
Optically tunable Mie-resonance VO2 nanoantennas for metasurfaces in the visible
超表面是一种纳米结构的表面，可以允许任意操纵光。在其设计中实现动态可调性可以允许超表面的光学功能随意快速修改。光学特性的最显著和鲁棒的可调谐性由诸如二氧化钒（VO 2）和碲化锗锑（GST）的相变材料提供，但是它们的实现仅限于近红外波长。在这里，我们证明了具有广泛可调米氏共振的VO 2纳米天线可以用于设计可调超表面在可见光范围内。在以前的演示中的介电-金属相变诱导的可调谐性相比，我们表明，介电Mie谐振VO 2纳米天线提供显着的散射和消光调制深度（5-8 dB和1-3 dB，分别）在可见光的可调谐性。此外，这些强共振可以使用连续波激光器进行光学切换。我们的研究结果建立了VO 2纳米结构作为光学可调超颖表面的低损耗构建块。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Visible blue-to-red 10 GHz frequency comb via on-chip triple-sum frequency generation
在片上氮化硅波导中，通过组合光谱展宽和三重和频率产生来产生宽带可见蓝到红，10 GHz重复率频率梳。超短脉冲的150 pJ脉冲能量，通过电光调制的1560 nm的连续波激光器产生的，耦合到氮化硅波导引起的宽带近红外超连续谱。波导内部的模式相位匹配允许近红外超连续谱到可见光波长范围的直接三重和频率转移，该可见光波长范围覆盖从低于400 nm到高于600 nm波长的超过250 THz。该方案将成熟的光通信波段技术直接连接到可见光波段，可以应用于天文光谱仪校准以及连续波激光器的参考。
2019-08-14 astro-ph.IM 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
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
Visible light photonic integrated Brillouin laser
窄线宽可见光激光器对于包括原子钟、量子计算、原子和分子光谱以及传感的原子、分子和光学（AMO）应用是关键的。历史上，这种激光器是在桌面规模上实现的，使用稳定到大光学参考腔的半导体激光器。高光谱纯度可见光源的光子集成将使实验的复杂性和规模增加。受激布里渊散射（SBS）是实现高相干性片上可见光激光发射的一种很有前途的方法。虽然在电信波长的集成SBS激光器方面取得了进展，但将这种性能转化为可见光的障碍仍然存在，即在超低光损耗光子学中实现布里渊有源波导。我们已经克服了这一障碍，展示了第一个可见光光子集成SBS激光器，它工作在674 nm，以解决88 Sr+光时钟跃迁。为了指导激光器的设计，我们使用多物理场模拟和布里渊光谱相结合，在2米的螺旋波导，以确定25.110 GHz的一阶斯托克斯频移和290 MHz的增益带宽。该激光器在半径为8.9 mm的氮化硅全波导谐振腔中实现，每米损耗为1.09 dB，Q值为55.4百万。激光被证明，与片上14.7 mW的阈值，45%的斜率效率，和线宽变窄的泵从低于阈值增加到269 Hz。为了说明这种设计的波长灵活性，我们还展示了在698 nm的激光，在中性锶的光时钟跃迁的波长。这种基于波导的光子集成SBS激光器的演示在可见光范围内工作，并且减小了尺寸和对环境干扰的敏感性，显示了各种AMO应用的前景。
2021-02-19 physics.optics
Ultra-low loss integrated visible photonics using thin-film lithium niobate
集成光子学是一个强大的平台，可以提高光学系统的性能和稳定性，同时为基于自由空间光学的实现提供低成本、小尺寸和可扩展的替代方案。虽然在电信波长的低损耗集成光子学平台的开发方面取得了很大进展，但可见光波长范围受到的关注较少。然而，许多应用利用可见光或近可见光，包括在光学成像、光遗传学和量子科学和技术中的应用。在这里，我们展示了一个超低损耗的集成可见光光子学平台的基础上的薄膜锂在绝缘体上。我们的波导具有6 dB/m的超低传播损耗，而我们的微波谐振器具有1100万的固有品质因数，两者都是在637 nm波长下测量的。此外，我们展示了一个片上可见光强度调制器的电光带宽为10 GHz，所使用的检测器的限制。在这项工作中展示的超低损耗器件，以及锂的二阶和三阶非线性，开辟了新的机会，创造新的被动和主动设备的频率计量和量子信息处理在可见光谱范围内。
2019-03-08 physics.app-ph physics.optics
Experimental demonstration of directive Si3N4 optical leaky wave antenna with semiconductor perturbations at near infrared frequencies
方向图可调的定向光漏波天线是一种很有前途的集成光调制和扫描器件。使用CMOS兼容的半导体平面波导技术制造的OLWA具有提供高方向性以及用于调制和切换能力的电可调谐性的潜力。我们实验证明了从氮化硅（$Si_3N_4$）波导为基础的OLWA的定向辐射。OLWA设计包括50个埋在波导内的晶体Si扰动，周期为1 μm，每个长度为260 nm，高度为150 nm，导致电信波长的定向辐射图案。在1540 nm波长处测得的远场辐射方向图具有很强的方向性，在与波导轴成84.4°角处强度最大，半功率束宽约为6.2°，这与我们的理论预测一致。半导体微扰的使用有助于电子辐射控制，这是由于微扰中的载流子密度变化引起的折射率变化。为了评估电调制能力，我们研究了Si微扰中的载流子注入和耗尽，并研究了锗中的Franz-Keldysh效应。理论分析表明，在耗尽模式下，当折射率变化为$3\times10^{-4}$时，硅线调制器的-3 dB调制带宽为75 GHz;在注入模式下，当折射率变化为$1.5\times10^{-2}$时，硅线调制器的-3 dB调制带宽为350 MHz。Franz-Keldysh效应有可能在电信波长的辐射控制中产生非常快的调制。
2015-02-20 physics.optics
Longwave infrared multispectral image sensor system using aluminum-germanium plasmonic filter arrays
University of Melbourne（墨尔本大学）
多光谱照相机记录电磁光谱中各种波长的图像数据，以获取常规照相机无法捕获的附加信息。随着高分辨率图像传感器和滤色器技术的出现，可见光波段的多光谱成像仪在过去十年中变得越来越受欢迎，商业可行性也越来越高。然而，长波红外（LWIR：8至14微米）的多光谱成像仍然是一个新兴的领域，由于光学材料，滤波器技术和高分辨率传感器的有限可用性。来自长波红外多光谱相机的图像可以捕获物体的发射光谱，以提取人眼无法捕获的额外信息，因此在精确农业，林业，医学和物体识别中具有重要的应用。在这项工作中，我们实验证明了一个LWIR多光谱图像传感器与三个波段使用的光学元件制成的铝基等离子体滤波器阵列夹在锗。为了实现多光谱传感器，滤波器阵列然后被集成到堆叠在低分辨率单色热传感器上的3D打印轮中。我们的原型设备使用黑体进行校准，其热输出已与计算机视觉方法增强。通过应用最先进的深度学习方法，我们还将多光谱图像重建为更好的空间分辨率。科学上，我们的工作展示了一种多功能的光谱热成像技术，用于检测长波红外范围内的目标特征和其他先进的光谱分析。
2023-03-03 cs.LG eess.IV physics.app-ph
Broadband Entangled-Photon Pair Generation with Integrated Photonics: Guidelines and A Materials Comparison
本文比较多种非线性集成光子材料中的自发四波混频，通过几何色散工程实现宽带可见光—电信纠缠光子对，并给出高产生率的鲁棒设计。
2024-07-05 physics.optics quant-ph
An alkali-referenced vector spectrum analyzer for visible-light integrated photonics
针对可见光集成光子学缺乏高分辨宽覆盖表征技术的问题，研发了以铷钾原子超精细结构为基准、覆盖766-795nm的矢量频谱分析仪，可实现多类光子器件与光谱的高精度表征，带宽超一个倍频程。
2024-06-19 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
Hybrid integrated optical waveguides in glass for enhanced visible photoluminescence of nanoemitters
近年来，能够在纳米尺度上控制光物质相互作用的集成光学器件引起了科学界的关注。然而，这些器件中的大多数都是基于硅波导的，限制了它们在电信波长上的应用。在这方面的贡献，我们提出了一个集成器件，在可见光谱的光操作。所提出的器件是一种混合结构，由放置在离子交换玻璃波导顶部的高折射率层组成。我们证明，这种混合结构作为一个有效的光耦合器的纳米发射体的激发。数值和实验结果表明，该装置可以增强电磁场约束高达11倍，允许更高的光致发光信号从纳米晶体放置在其表面上。所设计的器件在产生适用于量子信息或光学传感的新光学器件方面开辟了新的前景。
2018-09-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
OH absorption in on-chip high-Q resonators
本文利用超高Q热氧化硅楔形微谐振腔测量了680 nm至1550 nm波段的OH吸收损耗，在可见光和电信波段实现了创纪录的高Q因子，并推断出OH离子含量约为2.4 ppm。
2023-03-31 physics.optics
Silicon photonic crystal cavity enhanced second-harmonic generation from monolayer WSe2
纳米谐振器与二维材料（如过渡金属二硫属化物）的集成是近年来出现的一种很有前途的纳米光电平台。在这里，我们展示了共振增强二次谐波产生（SHG）在钨二硒使用硅光子晶体腔。通过在通信波长处用腔模附近的超快激光脉冲泵浦该器件，我们观察到了一个具有窄线宽和近单位线偏振的近可见倍频，起源于泵浦光子与腔模的耦合。所观察到的SHG增强了约200倍的裸单层硅相比。我们的研究结果表明，腔集成单层材料的非线性光学的有效性和潜在的硅兼容的二阶非线性集成光子平台的建设。
2016-07-18 physics.optics
Broadband Unidirectional Visible Imaging Using Wafer-Scale Nano-Fabrication of Multi-Layer Diffractive Optical Processors
本文提出一种基于深度学习与晶圆级纳米加工的宽带偏振不敏感单向可见光成像仪，通过两层16级纳米相位特征实现正向高保真成像与反向阻挡，支持大规模高通量制造，可广泛应用于安全、国防和电信领域。
2024-12-16 physics.app-ph physics.optics
Sub-1 Volt and High-Bandwidth Visible to Near-Infrared Electro-Optic Modulators
本文实现了可见光至近红外波段的亚1伏特、高带宽薄膜铌酸锂电光调制器，并首次演示了该波段的集成电光频率梳和超傅里叶极限脉冲频率移动。
2023-02-09 physics.app-ph physics.optics
Test of mode-division multiplexing and demultiplexing in free-space with diffractive transformation optics
近年来，模分复用（MDM）已被提出作为一个有前途的解决方案，以增加在自由空间和光纤传输的光网络的信息容量。本文介绍了基于可见光范围内光学变换的模分复用衍射光学元件的设计、制作和测试。利用三维高分辨电子束光刻技术，在玻璃衬底上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯抗蚀剂层，制作了衍射光学器件。相同的光序列被用于输入模式复用和自由空间传播后的模式分类。这些光学器件具有高度的小型化水平和效率，非常适合集成到电信应用中的下一代模分（解）复用平台中。
2016-12-19 physics.optics
Simultaneous $ χ^{(2)} $- $ χ^{(2)} $ and $ χ^{(2)} $-$ χ^{(3)} $ nonlinear processes generation in thin film lithium tantalate microcavity
片上有效的非线性功能有助于提升光子集成电路（PIC）的实用性和性能，特别是对于广泛的经典和量子应用，例如可调谐相干辐射、光学频率转换、光谱学、量子科学等。钽酸锂（LT）已广泛用于非线性波长转换器、表面声波谐振器和电光，由于其优异的光学性能，在这里，我们制作了Z切钽酸锂绝缘体（LTOI）微盘在电信（10 $^{6}$）和可见光（10 $^{5}$）波段具有高品质（Q）的因素，通过优化的制造。随着LTOI微盘Q值的增大，腔内泵浦光强度增大，有利于获得更大的非线性效应。利用互作用波的模式相位匹配和输入高泵浦功率，实验上观察到了近红外线、可见光（红、绿）和紫外（UV）的非线性过程，诸如级联四波混频（cFWM）、级联和频产生（cSFG）、三次谐波产生（THG）、二次谐波产生（SHG）。LTOI可以支持多种片上光学非线性过程，这预示着它在集成非线性光子学中的新的应用潜力。
2022-12-30 physics.optics
Modeling of dual frequency combs and bistable solitons in third-harmonic generation
三次谐波产生过程的相位匹配可以用于将来自克尔微谐振器的辐射的发射扩展到远离泵浦波长的新光谱区域。在这里，我们提出了一个理论平均场模型的光学频率梳在耗散和非线性$χ^{(3)}$基腔系统之间的参数耦合基波和三次谐波。我们调查时间色散双梳产生的相位匹配梳宽带宽，并报告访问多稳态制度，同时支持两种类型的耦合亮腔孤子的条件。这些双稳态腔孤子共存相同的泵浦功率和频率失谐，而具有不同的振幅的各自的字段组件。三次谐波产生频率梳可以允许电信泵浦激光源同时直接访问近红外和可见光区域，这可能有利于光学时钟和传感应用的发展。
2022-10-18 physics.optics
Tuning of Near- and Far-Field Properties of All-dielectric Dimer Nanoantennas via Ultrafast Electron-Hole Plasma Photoexcitation
通过低损耗纳米器件实现全光超快信号调制和路由是实现高性能超紧凑光学芯片的关键一步。在这里，我们提出了一个专门设计的硅二聚体纳米天线，这是可调的通过光激发的致密电子空穴等离子体与超快弛豫速率。基于这一概念，我们证明了光束转向的效果高达20度，通过简单的入射强度的变化，适合于超快光路由的光学芯片。在可见光和近红外光谱区域的硅和锗基纳米天线的效果都得到了证明。我们还揭示了电子-空穴等离子体光激发对二聚体带隙中的局域态密度（LDOS）的影响，发现取向平均LDOS可以改变50%，而投影LDOS的修改可以更显着：横向偶极取向几乎为500%。此外，我们的分析模型揭示了所研究的非线性纳米天线的瞬态动力学，产生所提出的超快纳米器件的所有时间特性。所提出的概念为创建用于光信号调制和路由的低损耗、超快和紧凑器件铺平了道路。
2016-06-16 physics.optics
Antimony for broadband nanophotonics across the ultraviolet, visible and infrared
Instituto de Óptica, CSIC（西班牙科学研究中心光学研究所）；McMaster University（麦克马斯特大学）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), CSIC（西班牙科学研究中心马德里材料科学研究所）
本文首次精确测量锑纳米薄膜在紫外至远红外的宽谱介电函数，发现巨带间跃迁主导响应，并展示可调谐等离激元和介电共振，为宽带纳米光子器件提供新路径。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Integrated gallium phosphide nonlinear photonics
磷化镓（GaP）是一种间接带隙半导体，广泛应用于固态照明。尽管有许多有趣的光学性质-包括大的$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$系数，高折射率（$>3$），以及从可见光到长红外波长的透明性（$0.55-11\,μ$ m）-但它作为集成光子学材料的应用研究很少。在这里，我们引入绝缘体上的GaP作为非线性光子学的平台，利用直接晶片键合方法实现在电信C波段具有1.2 dB/cm损耗的集成波导（与绝缘体上的Si相当）。研制了高质量的$(Q> 10^5)$光栅耦合环形谐振器。采用调制传递方法，我们得到了一个直接的实验估计的非线性指数的GaP在电信波长：$n_2=1.2(5)\times 10^{-17}\,\text{m}^2/\text{W}$。我们还观察到克尔频率梳产生工程色散谐振器。参数阈值功率低至3 mW的实现，其次是宽带（$>100$ nm）频率梳子太赫兹间距，倍频梳，并在一个单独的设备，高效的拉曼激光。这些结果标志着绝缘体上镓作为集成非线性光子学的新平台的出现。
2018-08-23 physics.app-ph physics.optics
Second-Harmonic Generation in Etchless Lithium Niobate Nanophotonic Waveguides with Bound States in the Continuum
自量子力学首次提出连续介质束缚态以来，它在各种体系中得到了广泛的研究。光子BIC可以实现光模限制并为非线性光学提供场增强，但它们很少被用于非线性集成光子波导。将BIC应用于光子集成电路中，可以在高折射率衬底上的低折射率波导中实现低损耗的光引导和路由，适用于具有非线性材料的集成光子学。在这里，我们报告的实验演示的二次谐波产生从电信到近可见光波长的无蚀刻的锂离子酸盐平台上使用的光子BIC的二次谐波模式。该器件具有0.175%W-1cm-2的二次谐波转换效率和优异的热稳定性，从25°C到100°C的波长漂移仅为1.7 nm。我们的研究结果代表了一种新的非线性集成光子学的范例，它可以实现广泛的片上应用，如光学参数生成，信号处理和量子光子学。
2021-09-30 physics.optics
Photonic crystal carpet: Manipulating wave fronts in the near field at 1550 nm
地平面斗篷，它把一个曲面镜变成一个平面镜，最近报道的波长范围从光学到可见光谱，使光学错觉的领域更接近现实。然而，迄今为止，所有的地毯式隐身实验都是在远场进行的。在这里，我们证明了数值和实验的介电光子晶体（PC）的一个复杂的形状制成的蜂窝阵列的空气孔可以散射波在近场像PC在阻带频率的边界。这种海市蜃楼效应依赖于放置在准共形网格节点处的电介质柱的特定布置，该准共形网格敷料PC。我们的地毯被示出在从1280 nm延伸到1940 nm的阻带内的波长1500 nm至1650 nm的范围内工作。该设备已被制造使用单掩模先进的纳米电子学技术的III-V族半导体和近场测量已经进行，以便成像的波前的曲率周围的电信波长1550 nm。
2013-03-20 physics.optics
Efficient and tunable frequency conversion using periodically poled thin-film lithium tantalate nanowaveguides
本文开发了超低损耗薄膜钽酸锂光子平台，首次实现基于z切TFLT高保真极化的二次谐波发生器，在电信与近可见光波段间实现准相位匹配，归一化效率达229 %/W/cm²，并具备稳定的温度可调谐性，适用于原子钟和量子频率转换等精密应用。
2025-05-06 physics.optics
High-Q optical nanocavities in bulk single-crystal diamond
单晶金刚石以其独特的光学、力学和热学性质，在经典光学和量子光学领域有着广泛的应用前景。然而，异质外延生长和可扩展的制造技术的缺乏仍然是阻碍金刚石光子学更广泛发展和应用的主要限制因素。在这项工作中，我们克服了这个困难，通过调整角度蚀刻技术，以前开发的实现金刚石纳米机械谐振器，制造赛道谐振器和光子晶体腔体中的大块单晶金刚石。我们的器件具有超过10^5的大光学品质因数，并在宽波长范围内工作，涵盖可见光和电信。这些新开发的高Q值金刚石光学纳米腔为丰富的应用打开了大门，从非线性光学和化学传感，到量子信息处理和腔光学力学。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear beam self-imaging and self-focusing dynamics in a GRIN multimode optical fiber: theory and experiments
非线性梯度折射率多模光纤中的光束自成像对于许多应用是令人感兴趣的，例如通过多模干涉在光纤激光器中实现快速可饱和吸收体机制。我们得到了一个精确的解决方案的一个梯度折射率多模光纤携带的激光束的一阶和二阶矩的非线性演化，预测的空间自成像周期不随功率变化。而束宽的振荡幅度与功率有关。我们已经实验研究了光束自成像的纵向演化的飞秒激光脉冲传输的标准电信梯度折射率多模光纤的反常和正常的色散制度。通过可见荧光发射和谐波产生的光散射出光纤芯，使我们能够直接确认自成像周期与功率无关。着重讨论了自聚焦作用下自成像过程的空间位移和分裂。
2020-05-14 nlin.PS physics.optics
Non-reciprocal nonlinear optic induced transparency and frequency conversion on a chip
光子芯片的发展促进了基于光子的经典和量子信息处理，这归因于集成光子器件的高稳定性和可扩展性[1，2]。光学非线性[3]在这些复杂的光子电路中是必不可少的，因为它允许经典和量子光源，全光开关，调制和周围环境中的非互易性。众所周知，微腔中的非线性相互作用常常大大增强[4]。然而，与电磁感应透明类似的腔中相干光子-光子相互作用的表现[5]从未在集成平台上报道过。在这里，我们提出了一个实验演示的相干光子-光子相互作用的二阶光学非线性（χ^{（2）}）诱导的氮化铝光子芯片。非互易非线性光致透明是由于不同颜色的光子（可见光波段的光子和电信光波段的光子）之间的相干干涉而产生的。此外，宽带频率转换与几乎单位的内部（0.14外部）的效率和带宽高达0.76\，\mathrm{GHz}被证明。
2015-11-25 physics.optics quant-ph
Gallium phosphide-on-silicon dioxide photonic devices
利用磷化镓的集成光子电路的开发需要用于制造绝缘体上GaP器件的稳健的、可扩展的工艺。在这里，我们提出了第一个GaP光子器件的SiO $_2$。该工艺利用将GaP/Al $_x$ Ga $_{1-x}$ P/GaP异质结构直接晶片键合到Si上$_2$晶片上，随后去除GaP衬底和Al $_x$ Ga $_{1-x}$ P停止层。光子器件如光栅耦合器、波导和环形谐振器通过感应耦合等离子体反应离子蚀刻在顶部GaP器件层中图案化。制作的光栅耦合器的峰值耦合效率高达4.8dB。光学品质因数为17000，以及二次和三次谐波产生观察与环形谐振器。由于GaP的大带隙在电信波长处提供低的双光子吸收，因此通过这项工作实现的绝缘体上GaP光子器件的高产率制造对于纳米光子学中的应用特别感兴趣，其中高品质因数或低模式体积可以产生高电场强度。大的带隙还使得能够实现在可见波长下操作的集成光子器件。
2018-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
