Spatiotemporal Nonlinear Pulse Dynamics in Multimode Silicon Nitride Waveguides
该研究提出基于开源多模非线性薛定谔方程的模拟方法，分析6μm宽氮化硅波导中飞秒脉冲演化，发现输入模式工程可调控非线性动力学，为集成光子平台中超连续谱生成等应用提供策略。
2025-08-26 physics.optics
Phase transition in multimode nonlinear parity-time-symmetric waveguide couplers
奇偶时间对称（$\mathcal{PT}$ -symmetric）光波导耦合器已经成为集成光学的关键部件。它们为快速、超紧凑、可配置的全光信号处理提供了新的可能性。在这里，我们研究了有限尺寸多模$\mathcal{PT}$对称耦合器的非线性特性，并报告了一种特殊类型的色散关系的耦合器制成的一个以上的二聚体。此外，我们预测了一个$\mathcal{PT}$的转变所引发的非线性在这些结构中，我们表明，随着在系统中的二聚体的数目的增加，转变阈值降低，并收敛到相应的值的一个无限阵列。最后，我们提出了各种周期性的强度图案，可以形成在这些耦合器取决于初始激发。
2015-09-11 physics.optics
Propagation-invariant space-time supermodes in a multimode waveguide
当光脉冲在高度多模波导中空间局部化时，其能量通常分布在多个模式中，从而产生斑点横向空间轮廓，其随着传播而经历不规则的变化。理论上已经提出，其中每个波长被锁定到在规定的轴向波数的单个模式的脉冲多模场将以可调谐的群速度沿着波导恒定地传播。在这个概念中，最初局部化的场沿着波导保持局部化。在这里，我们提供了这类新的脉冲引导场的存在，我们表示时空超模，并验证其在平面波导中的传播不变性的原理验证实验确认。通过叠加多达21个模式，每个指定的波长，我们在170微米厚的平面玻璃波导中构建时空超模，群指数从1延伸到2。场的初始横向宽度为6微米，并且波导长度为9.1mm，这是相关瑞利范围的257倍。各种轴向不变的横向空间分布产生的模式，有助于ST超模，包括单峰和多峰场，暗场（包含空间倾角），甚至平坦的均匀强度分布的明智选择。
2022-04-04 physics.optics
Ultra-low-loss CMOS-Compatible Waveguide Crossing Arrays Based on Multimode Bloch Waves and Imaginary Coupling
我们实验证明宽带波导交叉阵列显示超低损耗下降到$0.04\,$ dB/交叉（$0.9\%$），匹配理论和串扰抑制超过$35\,$ dB，在CMOS兼容的几何形状。工作原理是通过将交叉阵列的周期性与多模硅波导的1 $^\text{st}$阶和3 $^\text{rd}$阶类TE模式的传播常数的差相匹配而形成的低损耗空间布洛赫波的定制激发。交叉点处的辐射散射就像耦合两个超模的周期性介电常数扰动，这导致虚（辐射）传播常数分裂，并产生低损耗的单向呼吸布洛赫波。这种类型的交叉阵列提供了实现密集光子集成的关键组件的鲁棒实现。
2013-11-18 physics.optics
Theory of space-time supermodes in planar multimode waveguides
本文建立平面多模波导中时空超模的理论框架，通过将各导模分配给预定波长实现轴向不变、低色散且群速度可调的脉冲传播。
2022-12-25 physics.optics
Study of transmission properties for waveguide bends by use of a circular photonic crystal
研究了圆形光子晶体构成的弯曲波导的传输特性。研究了利用圆形光子晶体实现的两种波导弯曲（Y型和U型）。结果表明，与传统的光子晶体波导弯曲相比，这些弯曲的传输特性可以得到显著改善。在6.4%的带宽上，观察到小于1 dB的损耗/弯曲。U形弯曲波导，即，$180^o$弯曲，可以使用圆形光子晶体以低损耗容易地实现。
2005-09-14 physics.optics
Smooth-Curvature Bend Design Guided by Variational Analysis for Adiabatic Multimode Integrated Photonics
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学武汉国家光电研究中心）；School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学光学与电子信息学院）；Optics Valley Laboratory（光谷实验室）
研究多模波导弯曲设计，将其表述为依赖曲率的变分问题，通过构建品质因数推导绝热最优条件，引入SPC和SPCh弯曲，在特定平台上实现低损耗、宽带宽、制造宽容，为光互连和微波光子系统提供新设计策略。
2026-07-17 physics.optics
Multimode interface between optical free-space- and waveguide modes
本文提出一种多平面光转换方案，实现自由空间高阶LG模式与波导模式的高效宽频带转换，为多模式光通信和芯片处理提供新途径。
2025-12-02 physics.optics
Modeling of bend discontinuity in plasmonic and spoof plasmonic waveguides
提出了一种用散射参数表征等离子体波导和欺骗等离子体波导弯曲不连续性的方法。利用该方法，用二端口网络对波导进行建模，并提取其散射参数。确定了不同频率和不同弯曲角度下L形尖锐弯曲的参数。
2015-03-23 physics.optics
Multimode nematicon waveguides
我们报告的第一个实验观察到的高阶模式引导的孤子诱导波导中无偏液晶。我们发现，向列型波导工作在一个有界的功率区域特定于每个导模。在此区域之下，被引导的光束是不稳定的，在此区域之上，模式混合和耦合产生不稳定的输出。
2010-06-29 nlin.PS physics.optics
Higher-Order Modes Are More Robust: The Origin of Bending Insensitivity in Multimode Fibers and Its Exploitation for Imaging
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Anhui University（安徽大学）
本文从模式耦合理论出发，证明并验证了高阶模式比低阶模式具有更强的弯曲鲁棒性，并基于弯曲扰动与输入场无关的特性，提出物理启发的双编码器神经网络，显著提升多模光纤成像系统的抗弯曲能力。
2026-08-27 physics.optics
Analysis of silicon nitride partial Euler waveguide bends
在这项工作中，我们提出了一个详细的分析，在氮化硅部分欧拉弯曲在850 nm的波长的个别损失机制。这种结构优化了通过小半径光波导弯曲的传输。部分欧拉弯曲几何形状平衡了从直波导模式到弯曲波导模式的过渡所引起的损耗以及弯曲波导模式的辐射损耗。数值分析的45度弯曲通常采用S形弯曲配置，以创建横向偏移，以及90度和180度弯曲。此外，在氮化硅光子平台上制造了90度部分欧拉弯曲，以实验补充理论研究结果。优化的波导弯曲允许减小的有效半径而不增加总弯曲损耗，并且因此实现光子集成电路中的更高组件密度。
2019-10-16 physics.optics
Multifrequency and multimode topological waveguides in a Stampfli-triangle photonic crystal with large valley Chern numbers
本研究在Stampfli三角光子晶体中同时实现多频率和多模式量子谷霍尔效应，通过Z形波导验证大谷陈数，并理论提出频率相关多模式分束器，为高容量光传输与集成器件提供新方案。
2024-03-19 physics.optics
Polymer multimode waveguide bend based on a multilayered Eaton lens
减小低折射率对比度波导的弯曲半径对于减小集成光学元件的尺寸是至关重要的。提出了一种基于伊顿透镜的聚合物多模波导弯曲。光线追迹计算被用来截断伊顿透镜，以提高弯曲的性能。透镜的截断也减少了弯曲的覆盖区。所设计的波导弯曲半径为18.4 $μm$，由同心圆柱多层结构实现。在光通信的C波段中，分别对于$TM_0$和$TM_1$模式实现了0.69和0.87 dB的平均弯曲损耗。在1520-1675 nm的带宽内，两种模式的弯曲损耗均小于1 dB。
2019-06-26 physics.app-ph physics.optics
Propagation of pulse fluctuations of multimode sources in optical fibers and waveguides with arbitrary chromatic dispersion
ITEAM Research Institute, Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学 ITEAM 研究所）
该研究将Marcuse分析扩展至任意色散等条件，发现长光纤中波动取决于群延迟形状，色散下变频拍频至基带，且模式分配噪声随色散增长并主导受限链路。
2026-09-29 physics.optics
Joint spectral amplitude analysis of SPDC photon pairs in a multimode ppLN ridge waveguide
在本文中，我们研究了周期性极化定制铌酸锂（LiNbO 3）脊波导中可能的参量下转换过程。我们的自发参量下转换（SPDC）的分析，第一，高斯泵浦光束模式和第二，反对称厄米-高斯HG（1，0）泵浦光束模式预测在每种情况下可能的下转换过程。从我们的JSA分析中，很明显，在所有这些情况下产生的光子对都是负相关的，并且具有正交偏振。在前者的情况下，简并光子对在1550 nm处发射，在基本波导模式中具有最高效率。而在后者的情况下，在不同的高阶空间模式中产生非简并光子对。因此，这样的光子具有多个自由度，如偏振和空间模式，其可以进一步被利用为用于量子信息应用的超纠缠光子。
2019-06-25 physics.optics
Physical mode analysis of multimode cascaded nonlinear processes in strongly-coupled waveguides
本文实验研究了氮化硅波导电路中空间多模非线性相互作用的片上控制，利用强耦合双芯波导的色散差异和模式分解技术，实现了多超模受控激发，并观察到双超模超连续谱生成与级联四波混频导致的第三次谐波上转换现象。
2024-11-04 physics.optics
Transmission of Slow Light through Photonic Crystal Waveguide Bends
在平板型绝缘体上硅系统中研究了光子晶体（PhC）波导中60度弯曲的弯曲损耗与光谱的关系。在对应于几乎无色散传输状态的波长处测量到（0.05+/-0.03）dB/弯曲的超低弯曲损耗。相比之下，发现对于对应于慢光制度的波长范围，PhC弯曲变得完全不透明。提出了一种通用策略，并进行了实验验证，以优化弯曲设计，改善慢光传输。
2005-10-14 physics.optics
Revivals and oscillations of the momentum of light in a planar multimode waveguide
研究了单色光以大角度入射多模平面波导时横向动量的演化。我们报告相邻的填充模式的波导和他们的周期性崩溃和复兴之间的跳动所造成的动量振荡。基于这种效应的一种新型干涉仪的条纹间距小到光波长的1/9，实验证明和周期小到光波长的1/1000似乎是可行的。
2001-05-30 physics.class-ph physics.optics
High-Integration multimode waveguide grating based CWDM4 MUX/DEMUX with Flat Wide Passband and Ultra-Low Crosstalk for 2xFR4 Module Applications
本文提出了一种紧凑低串扰的CWDM4多路复用/解复用器，利用级联多模波导光栅滤波器，实现了低于-25dB的通道串扰、低于1dB的插入损耗和约18nm的平坦顶部带宽。
2026-04-26 physics.optics
Deformation enduring conveyance of structured light through multimode waveguides and its exploitation for flexible hair-thin endoscopes
Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；Institute of Scientific Instruments of CAS（中国科学院科学仪器研究所）；Masaryk University（马萨里克大学）；GRINTECH GmbH（GRINTECH有限公司）；Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）
本研究通过多模波导实现结构光的变形耐受传输，发现光纤缺陷影响光传输，并提出离子交换制备的窄多模波导用于柔性内窥镜成像。
2025-12-29 physics.optics
Exciton-Tunable Phase Control and Superstrong Coupling Through Multimode Polariton Engineering in Planar Waveguides
CNR Nanotec, Institute of Nanotechnology（国家研究委员会纳米技术研究所）；School of Physics and Astronomy, University of Southampton（南安普顿大学物理与天文学学院）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie—Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（国家研究委员会光子学与纳米技术研究所）
本文研究可见光半导体波导中的多模激子-光子耦合，通过严格耦合波分析和耦合振子模型，展示了从常规多模强耦合到超强耦合的光子带结构工程，并利用激子共振位移实现相位调制和模态切换。
2026-10-20 physics.optics
Robust multimode interference and conversion in topological unidirectional surface magnetoplasmons
本文理论研究了YIG夹层波导中的拓扑单向表面磁等离子体激元，验证了磁可控多模干涉与模式转换，实现了可调分束器，为拓扑波操控提供了新自由度。
2024-11-07 physics.optics
Quasi-phasematching of harmonic generation via multimode beating in waveguides
提出了一种气体中准相位匹配高次谐波产生的新方案。在这方面，由波导的多于一个模式的激励引起的轴向强度的快速变化用于实现准相位匹配。数值模拟表明，谐波信号的增强超过了单个相干长度所实现的增强因子>10^4。
2007-02-14 physics.optics physics.plasm-ph
Silicon nitride bent asymmetric coupled waveguides with partial Euler bends
该研究针对氮化硅平台提出融合部分 Euler 弯曲绝热过渡的弯曲非对称耦合波导，并用高精度数值方法分析其低辐射损耗与偏振选择设计。
2024-02-29 physics.optics
Meta-surface-enabled ultra-sharp multimode waveguide bends on silicon
模分复用（MDM）是一种通过在多模总线波导中使用多个模式信道来增加光互连的单波长链路容量的方法，在MDM系统中，为了路由数据，通常需要波导弯曲，特别是为了减少高密度光子集成电路（PIC）占用的芯片面积，需要使用超尖锐弯曲。本文提出并实现了一种新型的硅基超表面波导结构，该结构可以实现多模波导的低损耗和低串扰的超尖锐S型弯曲，并在三个模式通道的MDM光互连中实现了弯曲半径R=10μm的超尖锐S型弯曲。数值模拟结果表明，在宽的波长范围内（> 100 nm），超锐金属表面多模波导弯曲（MMWB）具有较低的附加损耗（0.2~0.5dB）和较低的模间串扰（<-30dB）。实验结果表明，所制备的S弯具有0.5~0.8dB的附加损耗和60 nm的模间串扰<-20 dB over a wavelength of >。实验结果部分受到测量设置的限制，特别是具有约-20dB的模间串扰的片上模（解）复用器。该多模波导可以扩展到三个以上的模式通道传输，为利用硅光子波导结构实现片上多模光互连奠定了基础。
2018-10-14 physics.app-ph physics.optics
Thermalization of light's orbital angular momentum in nonlinear multimode waveguide systems
我们证明了在非线性圆柱多模光波导中，光场的轨道角动量（OAM）可以被热化。我们发现，在热平衡，最大化的光学熵导致一个广义瑞利-金斯分布，支配的功率模式占用相对于离散OAM电荷数。这种分布的特征在于，温度本质上不同于与光场的纵向电磁动量流相关联的温度。与以前的结果相反，我们证明了即使在正温度下，光纤的基态也不总是功率最大的。相反，由于OAM，热化过程可能有利于高阶模式。一个新的状态方程是随着一个扩展的欧拉方程-从熵本身的扩展性产生的。通过监测两个具有相反自旋的多模光学波前之间的非线性相互作用，我们表明角动量的交换是由OAM温度的差异决定的，完全符合热力学第二定律。这里提出的理论分析是证实了数值模拟，考虑到数百种模式的复杂的非线性动力学。我们的研究结果可能为具有可控轨道角动量的高功率光源铺平道路，并且在更基本的水平上，可以揭示其他复杂的多模非线性玻色子系统的物理，显示额外的守恒定律。
2021-12-20 physics.optics
Polygonal Maxwell's fisheye lens via transformation optics as multimode waveguide crossing
多模波导交叉是新型模分复用系统的关键部件。MDM系统中多模波导路由的挑战之一是减少波导交叉的模间串扰和模泄漏。在这项工作中，我们提出了三个和四个波导的交叉多边形麦克斯韦鱼眼透镜的基础上，通过变换光学。所设计的透镜是通过将其折射率映射到引导硅层的厚度来实现的。三维时域有限差分仿真被用来评估所提出的$3\times3$和$4\times4$交叉的性能。$3\times3$和$4\times4$波导星形交叉的覆盖区分别为$18.6\times18.6$和$27.5\times27.5$ $μm^2$。对于两个波导交叉，输出端口中的模间串扰低于-22dB，而对于TE 0、TE 1和TE 2模式，到其他端口的串扰低于-37dB。在415 nm的带宽内，这些模式的插入损耗均小于0.5dB，覆盖了整个光通信波段。
2019-06-18 physics.app-ph physics.optics
Extraction of Bend-Resolved Modal Basis in Deformed Multimode Fiber
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Brno University of Technology（布尔诺工业大学）；Institute of Scientific Instruments of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院科学仪器研究所）
本研究提出了一种基于奇异值分解的新型方法，用于构建能捕捉多模式光纤在不同机械变形下的光学响应的变形解析模基，以支持分布式传感和故障诊断。
2026-01-12 physics.optics
Tunable supercontinuum in multimode fiber via bending-induced dispersion modification
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）；Department of Biology, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院生物学系）；Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School（哈佛医学院贝斯以色列女执事医疗中心）
本文提出通过弯曲诱导局部色散修改高阶模以调控超连续谱，保持空间模不变，实现宽频带可调超连续光源，同时保持光束质量。
2026-03-13 physics.optics
Low bend loss waveguides enable compact, efficient 3D photonic chips
我们提出了一种新的方法来制造低弯曲损耗飞秒激光写入波导，利用激光诱导折射率修改的差分热稳定性。该技术由两步工艺组成;第一步涉及制造大型多模波导，而第二步包括热后退火工艺，该工艺消除了折射率分布的外环，从而实现C波段的单模操作。通过使用这个程序，我们报告波导与尖锐的弯曲（下至16.6毫米半径）和高（80%）的归一化吞吐量。这个过程被用来制造一个高效的3D，光子器件称为光瞳重映射器，第一次具有可忽略的弯曲损耗。该工艺还将允许基于10 - 100个波导的复杂芯片以短的制造时间在紧凑的足迹中实现。
2013-02-11 physics.optics
Efficient analysis and design of low-loss whispering-gallery-mode coupled resonator optical waveguide bends
由电磁耦合光学微腔（耦合谐振器光波导或CROW）组成的波导可用于光引导、减速和存储。在本文中，我们提出了一个二维分析的基础上，严格的穆勒边界积分方程方法的有限尺寸直和弯曲的CROW部分。我们研究了回音壁（WG）模式的耦合机制，并引导光绕弯曲的CROW组成的相同和尺寸失配的微盘谐振器。我们的精确分析揭示了WG模式耦合的差异在附近的弯曲的CROW组成的光学大和波长尺度的微腔。我们提出并讨论了设计低损耗CROW弯曲和减少弯曲损耗的可能方法。这些包括根据WG模式的方位角顺序选择特定的弯曲角度，以及调整位于CROW弯曲处的微盘的半径。
2007-06-15 physics.optics
Multiband processing of multimode light: combining 3D photonic lanterns with waveguide Bragg gratings
报道了利用光子灯笼和波导布拉格光栅在三维集成光子芯片上实现多模光窄带光谱滤波的首次演示。利用飞秒直写技术在硼铝硅酸盐玻璃中制造了具有多凹口波导布拉格光栅的光子灯笼（Corning，Eagle 2000）。在具有10.4 mm长光栅的光子灯笼和参考单模波导中测量了高达5 dB的传输骤降。结果证明了光子灯笼中每个光栅的有效和对称性能。这种器件将有利于空分复用通信系统以及天文仪器的单位，以抑制大气中的碲发射从OH线。
2013-11-04 astro-ph.IM physics.optics
Multimode waveguide crossing based on square Maxwell's fisheye lens
模分复用（MDM）是一种新兴的大容量数据通信技术，利用正交导模作为独立的数据流。MDM系统中多模波导路由的挑战之一是减少波导交叉点的模式泄漏。本文基于准共形变换光学原理，设计了一种方形麦克斯韦接目镜作为波导交叉介质，并在绝缘体上硅平台上实现。采用两种方法实现了所设计的透镜：渐变光子晶体和改变硅平板波导的厚度。三维数值模拟结果表明，所设计的多模波导交叉点具有1260 ~ 1675 nm的超宽带宽，占用空间仅为$3.77 \times 3.77 μm^2$。对于前三个横电模式$(TE_0, TE_1, \: and \: TE_2)$，所设计的波导交叉分别表现出0.24、0.55和0.45 dB的平均插入损耗和小于-72、-61和-27 dB的串扰，以及54、53和30 dB的最大回波损耗。所设计的波导交叉支持低失真脉冲传输，高保真度因子为0.9857。此外，所提出的方法可以扩展到通过增加透镜的尺寸来设计具有更高数量的支持模式的波导交叉。
2019-06-05 physics.app-ph physics.optics
New silicon photonics integration platform enabled by novel micron-scale bends
尽管亚微米硅波导已被提出用于光子器件的密集集成，但迄今为止，市场上的光波电路主要依赖于具有微米级芯尺寸的波导。这些更大的波导具有更容易制造、更高的可靠性和更好的光纤接口。在低横向折射率对比度的情况下，获得了具有大纤芯尺寸的单模操作。因此，提高集成度和降低微米级波导电路成本的主要限制是它们的毫米至厘米级最小弯曲半径。幸运的是，具有微米级硅芯的单模脊形波导可以局部转化为具有非常高横向折射率对比度的多模条形波导。在这里，我们展示了如何用这些波导实现欧拉螺旋弯曲，弯曲半径低于10 μm，基模损耗低于0.02 dB/90°，为基于微米级波导的新型密集集成平台铺平了道路。
2013-01-09 physics.optics
Fast optical refocusing through multimode fiber bend using Cake-Cutting Hadamard encoding algorithm to improve robustness
在光学成像领域中，多模光纤提供了比单模光纤高分辨率和小型化的优点。然而，多模光纤的成像容易受到MMF扰动的影响，这可能导致传输图像中的二次空间失真。扰动包括光纤中的随机扰动以及环境噪声。在这里，我们利用蛋糕切割哈达玛编码算法的快速聚焦能力，以抵消扰动的影响，提高系统的鲁棒性。模拟结果表明，在2000次测量时，它可以接近理论增强。实验结果表明，该算法可以帮助系统在很短的时间内重新聚焦，当MMF扰动。这项研究将进一步促进多模光纤在医学、通信和探测领域的应用。
2022-07-27 eess.IV physics.optics
Bend losses in flexible polyurethane antiresonant terahertz waveguides
对在太赫兹范围内工作的实用波导的追求面临两个主要障碍：大损耗和高刚度。虽然近年来在使用空芯引导降低材料损耗的影响方面取得了显著进展，但这种波导通常不是柔性的。在这里，我们实验和数值研究反谐振介质波导制成的聚氨酯，一种常用的电介质具有低的杨氏模量。抗谐振光纤的空芯特性使得其结构简单，传输损耗低，而聚氨酯的低杨氏模量使其非常灵活。所提出的结构能够在厘米厚的波导中以与常规（可见光和近红外）光纤相同的精神进行毫米波操纵，即方便且可重新配置。我们调查两个典型的反共振几何形状形成的一个和六个管，实验比较其传输，弯曲损耗和模式配置文件。所研究的波导在其亚THz传输频带中具有低于1dB/cm的损耗，对于约10 cm的弯曲半径增加1dB/cm，这类似于将标准$125 μ{\rm m}$直径光纤弯曲到1.2 mm半径。
2021-05-27 physics.optics
Exploiting Ultralow Loss Multimode Waveguides for Broadband Frequency Combs
高约束波导中的低传播损耗对于基于芯片的非线性光子学应用是至关重要的。通常需要产生亚纳米粗糙度的复杂制造工艺来减少波导界面处的散射点，以实现超低传播损耗。在这里，我们展示了超低的传播损耗，通过使用高度多模结构来整形模式，以减少其与波导接口的重叠，从而放宽了制造工艺要求。微谐振器的固有品质因数（Q）为31.8 $\pm$ 4.4万的实验证明。虽然微谐振器支持10个横模，但当使用非线性绝热弯曲时，仅基模被激发，并且没有观察到高阶模。测量了73 $μ$ W的参量振荡阈值泵浦功率，并在多模微谐振器中产生了宽频带、几乎跨越倍频程的单孤子频率梳，在1097 ~ 2040 nm（126 THz）的光谱范围内没有任何高阶模的特征。这项工作提供了一种设计方法，可以应用到不同的材料平台，以实现和使用超高Q值多模微谐振器。
2020-12-08 physics.app-ph physics.optics
Scattering in $\cal PT$ and $\cal RT$ Symmetric Multimode Waveguides: Generalized Conservation Laws and Spontaneous Symmetry Breaking beyond One Dimension
我们推广了光在一维$\cal PT$对称系统中传播的广义守恒律，即，对于透射率$T$和反射率$R_{L,R}$从左和右的$|T-1|=\sqrt{R_LR_R}$，到具有$\cal PT$或$\cal RT$对称性的多模波导，其中需要更高维的研究。这些守恒律不仅存在于透射和反射矩阵的矩阵形式中，而且通过定义广义透射率和反射率，它们也存在于实值量的标量形式中。然后，我们讨论，第一次，如何多模$\cal PT$对称波导可以用来观察自发对称性破缺的散射矩阵，这通常需要调谐系统的非厄米性（即增益和损耗的强度）。这里，使用多模波导的优点是消除了对任何系统参数的调谐：横模阶数$m$起到对称性破缺参数的作用，并且通过在单个频率和固定的增益和损耗强度下在每个波导通道中简单地执行散射实验来观察对称性破缺。
2015-10-27 physics.optics quant-ph
Integrated photonic building blocks for next-generation astronomical instrumentation I: the multimode waveguide
我们报告的复合多模波导结构的制造和表征，包括一个堆栈的单模波导制造的超快激光雕刻。我们探讨了2种类型的复合结构;那些由重叠的单模波导，提供最大的有效折射率对比度和非重叠的结构，通过强倏逝波耦合支持多个模式。我们证明，这两种类型的波导具有可忽略的传播损耗（在实验的不确定性）的光注入与焦比>8，这对应于截止的波导。我们还表明，下面的截止，有一个狭窄的区域，其中注入的焦比被保存（在实验的不确定性）的输出。最后，我们概述了这些高效波导的主要应用;在用于将望远镜焦平面中的光重新格式化为狭缝的设备中，以馈送衍射限制的光谱仪。
2012-06-30 astro-ph.IM physics.optics
Anti-symmetric Multimode Waveguide Grating-Assisted Narrowband MZI for Programmable Spectral Shaping Units
Hefei University of Technology（合肥工业大学）；Ningbo University of Technology（宁波工程学院）
提出一种基于反对称多模波导布拉格光栅的窄带马赫-曾德尔干涉仪，实现目标波段内精确传输控制及带外透明，作为可编程片上光谱整形的基本构建块。
2026-05-29 physics.optics
Phase Matching for Multimode Four-Wave Mixing in Few-Mode Fibers and Nano-Rib Waveguides
我们比较相位匹配的四波混频使用一个，两个，三个和四个波导模式。为了比较，我们使用数值优化和估计产生的空闲功率。我们目前的结果为少模光纤和纳米肋波导，并表明，对于这两种波导类型，四波混频带宽和空闲功率是最好的一个和两个模式的操作和四模四波混频是不可行的。一些纳米脊形波导支持三模四波混频，尽管具有大大减小的带宽和减小的空闲功率。
2022-08-11 eess.SP physics.optics quant-ph
Integrated switch for simultaneous mode-division multiplexing (MDM) and wavelength-division multiplexing (WDM)
在集成光子芯片上使用模分复用（MDM）来利用多模波导的空间模式，允许前所未有地扩展片上通信的带宽密度。波导之间的切换通道对于未来可扩展的光网络至关重要，但其在多模波导中的实现必须解决如何同时控制具有截然不同光学特性的模式。在这里，我们提出了一个平台，用于切换信号之间的多模波导的基础上单独处理的空间模式通道使用单模元件。使用这个波分复用（WDM）兼容平台，我们演示了一个1x 2的硅芯片，路由低（<-20 dB）串扰的四个数据通道的多模开关。当每个通道分别输入和路由时，当路由10 Gbps数据时，所有通道的误码率均低于10^-9，功率损失低于1.4 dB。当所有四个通道同时路由时，该开关表现出小于2.4 dB的额外功率损失。
2015-02-16 physics.optics
Surface-polaritonic phase singularities and multimode polaritonic frequency combs via dark rogue-wave excitation in hybrid plasmonic waveguide
材料特性和输入场特性限制了非线性电磁场相互作用的可控性。由于这些非线性相互作用可以用来产生强烈的局部亮波和暗波，例如非线性表面极化激元，因此改善这种限制是很重要的。我们提出了我们的方法来改善，这是基于表面极化激元波导重新配置，使激发，传播和相干控制耦合的黑暗流氓波具有正交偏振。我们的控制机制是通过微调激光场强度和它们各自的失谐在原子介质和超材料层之间的界面。特别是，我们利用可控的电磁感应透明（EIT）窗口相称的表面极化激元偏振调制不稳定性，以创建对称和不对称的极化激元频率梳与暗局域波。我们的方法利用原子的自散焦非线性和暗Rogue波的传播，得到一个产生相位奇异性的充分条件。这种方法的基础是我们的理论，该理论考虑了原子介质与非线性表面极化激元波~（SPW）耦合引起的耗散和色散。因此，我们的波导配置作为一个双峰极化激元频率梳发生器和高速相位旋转器，从而打开了纳米光子和量子通信设备中的相位奇点的前景。
2020-03-16 physics.optics
Low Bend Loss, High Index, Composite Morphology Ultra-fast Laser Written Waveguides for Photonic Integrated Circuits
本文提出一种在硼铝硅酸盐玻璃中多遍激光写入的复合三维波导，通过协同热与非热改性机制实现高折射率对比度，将1550 nm下弯曲损耗截止半径从10 mm降至4 mm。
2025-05-07 physics.optics
A thermodynamic description of the near- and far-field intensity patterns emerging from multimode nonlinear waveguide arrays
非线性高度多模光子系统在光学中是普遍存在的。然而，在多模环境中的非线性行为所产生的纯粹的复杂性，在描述这些系统提出了理论上的挑战。在这项工作中，我们部署的概念，从光学热力学研究近场和远场发射强度模式出现的非线性波导阵列。作为广泛的热力学变量的系统不变量，推导出一个精确的方程指示的非线性阵列的响应。在这方面，近场和远场特性出现的弱非线性波导晶格解析解决。我们表明，统计，这些图案和由此产生的远场亮度的光学温度和相应的化学势。讨论了与这种配置的熵相关的扩展性。这里提出的热力学结果被发现是在良好的协议从非线性耦合模理论得到的数值模拟。
2022-01-27 nlin.CD physics.optics
Optimization of photonic waveguide bends for low index contrast material platforms
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）
针对低折射率对比平台紧凑弯曲损耗问题，提出椭圆宽度调制弯曲结构，在6微米半径下实现0.22 dB/90°损耗，比传统圆形弯曲降低40%，并开发了考虑宽度调制的解析损耗模型。
2026-06-16 physics.optics
On-demand multimode optical storage in a laser-written on-chip waveguide
量子存储器是大规模量子网络的基本构建块。大带宽、高多模容量和集成结构的按需光存储在实际应用中至关重要。然而，这一点尚未得到证实。在这里，我们制作了一个片上波导中的$\mathrm {^{151}Eu^{3+}:Y_2SiO_5}$晶体的插入损耗为0.2 dB，并提出了一种新的泵浦方案，使自旋波原子频率梳（AFC）存储与11 MHz的带宽内的波导。在此基础上，我们展示了200个时间模式的存储使用AFC计划和条件按需存储的100个时间模式使用自旋波AFC计划。对于AFC和自旋波AFC存储，读出光场和参考光场之间的干涉可见度分别为$99.0\% \pm 0.6\%$和$97\% \pm 3\%$，这表明这种低损耗、多模和集成存储器件的相干性质。
2022-05-25 physics.optics quant-ph
Bipartite entanglement extracted from multimode squeezed light generated in lossy waveguides
Paderborn University（帕德博恩大学）
研究通过II型参数下转换在损耗波导中生成多模式光，提取双模式纠缠态，并通过压缩量量化纠缠，构建最优测量基。
2025-11-03 physics.optics quant-ph
Mode pairs in $\mathcal{PT}$-symmetric multimode waveguides
研究了具有奇偶时间（$\mathcal{PT}$）对称性的多模光波导中的模式特性。我们发现，当损耗系数和增益系数增大到某一临界值时，两个连续阶数为2 \emph{m}-1和2 \emph{m}的导模形成一个模对，即模对的两个分量演化为同一模，并且它们同时经历$\mathcal{PT}$对称性破缺.对于在其保守极限下支持奇数个导模的波导，随着增益/损耗水平的增加，出现具有适当阶数的新模，使得它与已经存在的最高阶模配对，然后同时打破它们的$\mathcal{PT}$对称性。根据$\mathcal{PT}$对称势的具体实现，高阶模对可能比低阶模对更早或更晚地经历对称性破缺。
2014-10-09 nlin.PS physics.optics
Generation of spatially pure photon pairs in a multimode nonlinear waveguide using intermodal dispersion
我们提出了在周期性极化的磷酸钛氧钾（KTiOPO4）非线性波导中实现II型自发参量下转换的实验。我们证明，通过仔细利用波导中的模间色散，在输出端没有任何额外的空间滤波的情况下，在定义良好的横模中产生光子对是可行的。通过测量M2光束的品质因数来验证空间特性。我们还制备了一个后选择的偏振纠缠双光子态，证明它违反了贝尔不等式。基于模间色散的类似技术可以用于产生空间纠缠和超纠缠。
2012-09-24 physics.optics quant-ph
Non-Hermitian Multimode Interference
多模干涉和自成像是衍射波动光学中的重要现象，在光信号处理、光束整形和光学传感等方面有着重要的应用。这种现象通常是由无损介电引导结构中的正常模式的干涉引起的，然而，破坏模式正交性和对称性的空间非均匀光学增益和损耗的影响被忽视了。在这里，我们认为MMI在非厄米特光学系统中，无论是梯度折射率或耦合光波导结构的光学增益和损耗，并揭示了独特的功能，如镜像和强灵敏度的自成像扰动的情况下，使MMI在非厄米特感兴趣的光学传感波导。
2020-03-01 physics.optics
Ultra-thin silicon-on-insulator waveguide bend based on truncated Eaton lens implemented by varying the guiding layer thickness
具有不同几何形状的绝缘体上硅（SOI）波导已被用于设计各种集成光学部件。减小SOI波导的弯曲半径，降低弯曲损耗，对于减小光波电路的占地面积至关重要。与传统的SOI波导相比，超薄SOI波导的传输模式在芯层中的限制更少，并且可以穿透衬底和包层，从而导致更高的弯曲损耗。虽然已经利用各种弯曲机制来减少传统SOI波导的弯曲损耗，但是超薄SOI波导弯曲尚未被详细研究。在本文中，我们提出了一个60 nm厚的SOI波导弯曲的基础上，通过改变引导层的厚度实现截断伊顿透镜。三维全波模拟表明，所设计的波导弯曲，半径为3.9 $μm$，减少弯曲损耗从3.3到0.42分贝在1550 nm的波长。此外，1260-1675 nm波长范围的弯曲损耗低于0.67 dB，而C波段的弯曲损耗低于0.45 dB。
2020-01-19 physics.app-ph physics.optics
Low-index contrast waveguide bend based on truncated Eaton lens implemented by graded photonic crystals
低折射率对比度波导是无源集成光学器件中不可缺少的一部分。降低弯曲损耗的二氧化硅波导的弯曲半径是实现二氧化硅平面光波导电路小型化的关键。伊顿透镜是一种梯度折射率透镜，可以将平行光线弯曲90°、180°或360°。我们提出了一种低损耗和紧凑的90°波导弯曲的半径为9 $μ$ m的截断伊顿透镜设计。采用全波二维有限元法对所设计的渐变光子晶体弯曲器的性能进行了分析。C波段的平均弯曲损耗为0.9dB，而1260- 1675 nm波长范围的平均弯曲损耗为1.05dB。所提出的设计策略可以应用于其他低折射率对比度波导。
2019-04-24 physics.app-ph physics.optics
