Collection of remote optical signals by air waveguides
从远程位置收集微弱信号是光学远距离探测方案的主要目标和主要障碍。通常，使用大数值孔径收集光学器件和高增益检测器来增强测量信号。我们表明，远程探测技术中的信号可以通过使用由飞秒灯丝阵列产生的长寿命空气波导来增强。我们提出了一个原理实验的证明，使用空气等离子体火花源和~1米的空气波导显示增加收集到的信号的~ 50%。对于100 m的间隔距离，这意味着信噪比可以增加约10 $^4$倍。
2014-04-21 physics.optics
Demonstration of long-lived high power optical waveguides in air
我们证明了飞秒灯丝可以在空气中建立一个扩展的和强大的热波导结构，寿命为几毫秒，使高能量激光脉冲和高平均功率光束的非常长的距离引导和远距离投射成为可能。作为一个证明的原则，我们证明了指导110毫焦耳，7纳秒，532纳米脉冲的90%的吞吐量超过15瑞利长度在70厘米长的空气波导产生的长时间尺度的热弛豫的飞秒灯丝阵列。引导脉冲仅受我们可用的激光能量的限制。一般而言，这些波导应当对极高平均功率激光束的热晕效应具有鲁棒性。
2013-11-07 physics.optics
Fano resonance lineshapes in a waveguide-microring structure enabled by an air-hole
我们提出并证明，通过简单地插入一个空气孔的波导侧耦合与微波谐振器（MRR），传输谱呈现法诺线型在所有的谐振模式。从制作的器件测量，Fano线型的斜率超过400 dB/nm，消光比超过20 dB。我们将其归因于空气孔引起的相移之间的离散谐振模式的MRR和连续传播模式的总线波导，这修改它们的干涉线型从对称的洛伦兹到不对称的法诺。从不同的位置和直径的空气孔的设备，不同的Fano不对称参数提取，验证空气孔引起的相移。这种用于实现Fano谐振线型的空气孔辅助波导MRR结构具有设计简单、占用空间小、加工误差容限大以及工作范围宽等优点。它对扩展和提高片上磁共振器件的性能具有很大的潜力，包括传感器、开关和滤波器等。
2019-07-04 physics.optics
Fundamental guided electromagnetic dispersion characteristics in lossless dispersive metamaterial clad circular air hole waveguides
研究了无损色散异向介质包层圆形空气孔波导的基本导频电磁色散特性。发现存在两种工作导模：分别支持快波和慢波的圆波导和表面等离子体激元模式。混合模式分类也作出了经验的方式，使导模可以被分类到TM类或TE类模式在其独特的色散特性。不寻常的色散特性，包括多值传播常数在一个单一的频率，后向波，和亚波长的引导传播，观察和讨论有关的空气孔半径和介电常数和磁常数的超材料包层。还包括与其他电介质，等离子体激元和超材料波导的非凡的色散特性进行比较的讨论。
2009-02-21 physics.optics
Optical guiding in 50-meter-scale air waveguides
高峰值和平均功率激光束在大气中的远距离投射是一个长期的目标，具有广泛的应用范围。我们早期的原理验证实验[Phys.Rev.X4，011027（2014）]提出了一种解决该问题的方案，采用飞秒细丝在空气中的能量沉积来雕刻毫秒寿命的亚米长度空气波导。在这里，我们展示了50米尺度的空气波导，60倍长，使许多实际应用成为可能。我们采用了一种新的灯丝能量沉积方法：拉盖尔-高斯LG 01“甜甜圈”模式的多重叠加。我们首先研究了该方案的详细物理过程，该方案在较短的8米实验室内传播范围对应于约13个瑞利长度的引导脉冲。然后，我们使用这些结果来证明在实验室附近的走廊中超过~45 m的光导，对应于~70个瑞利长度。连续波探测光束注入到这些波导中展示了几十毫秒的非常长的寿命。
2022-08-08 physics.optics
3D printed microfiber waveguide in C-shaped fiber for temperature and air pressure measurement
Shantou University（汕头大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；University of Mons（蒙斯大学）
本文提出了一种基于3D打印微纤维波导的C形光纤传感器，实现高灵敏度的温度和空气压力测量，具有小尺寸、高稳定性及易制造等优点。
2025-11-30 physics.optics
Femtosecond Laser Engraved 2D Tunable Optofluidic Liquid Core/Air Cladding Channel Waveguides on PDMS
我们已经证明了二维液体基多模光波导结构的制造和表征的聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料为基础的芯片。通过飞秒激光微加工工艺实现了两个单独的微结构的制造，一个具有14微米的宽度和27微米的深度，而另一个具有110微米的宽度和深度。染料溶液从一端到另一端穿过微结构;其中染料溶液充当芯，而PDMS和空气充当包层介质。优化了飞秒激光微加工工艺参数，包括激光功率、脉冲宽度、写入速度、聚焦光束尺寸等。通过频谱分析和模态分析，对液芯/空气包层波导的结构进行了验证。光学分析已经通过使用荧光耦合出填充有不同的染料溶液的波导结构。这些波导结构提供了强的光限制和染料溶液与泵浦光之间的强烈相互作用。所开发的微结构在强度、波长和光束尺寸方面是可调的。这种微结构可以在任何多功能芯片实验室设备中的芯片实验室微激光器和传感应用的设计和开发中实现。
2023-01-26 physics.optics
Planar Scale Invariant Waveguides and Resonators with Uniform Air Confined Modes
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
基于硅基绝缘体平台的平面超材料波导与谐振器，通过亚波长光栅实现空气中的强光约束，具有高质量因子和良好的CMOS兼容性，适用于增强光-物质相互作用的应用。
2026-02-02 physics.optics
Visible octave frequency combs in silicon nitride nanophotonic waveguides driven by Ti:sapphire lasers
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Alexandria University（亚历山大大学）
本文通过空气包层硅氮纳米光子波导和钛宝石激光实现可见光八倍频梳，展示了高效率和可扩展性。
2026-01-07 physics.app-ph physics.optics
Plasmon induced transparency in an air-dielectric grooved parallel plate terahertz waveguide
在这篇文章中，我们研究等离子体激元诱导透明（PIT）效应的平行板波导（PPWG）包括两个类似的金字塔形槽。其中一个凹槽填充有空气，而另一个凹槽填充有折射率可以变化的介电材料。对应于所提出的配置中的空气和介电槽的谐振频率导致透明窗口，其可以用介电材料的折射率调制。该方法提供了在不改变物理尺寸的情况下主动控制波导配置中的透明效果的灵活性。我们研究了透明区域的场分布，以清楚地描绘PIT效应。我们采用了一个基于三能级等离子体模型的分析模型来验证我们的数值结果。此外，我们研究了开关和可调谐性的透明度效果，包括硅层之间的凹槽，其导电性可以改变。太赫兹波导中等离子体激元诱导透明效应的主动可调响应对于太赫兹有源元件的构建具有重要意义。
2020-12-24 physics.optics physics.plasm-ph
Background-penalty-free waveguide enhancement of CARS signal in air-filled anti-resonance hollow-core fiber
本文研究了空气填充反共振空芯光子晶体光纤中的相干反斯托克斯拉曼光谱。我们比较的振动相干反斯托克斯拉曼信号的N $_2$，在2331厘米$^{-1}$，在环境空气中产生的（没有纤维存在），在一个2.96厘米的旋转光纤中产生的。我们发现，由于增加了相互作用路径，在光纤中产生的信号增强了170倍。值得注意的是，在旋转光纤中获得的N $_2$信号显示出近零的非共振背景，这是由于激光场和光纤包层之间的重叠接近零。通过我们的研究，我们发现旋转光纤的特性使其成为一个理想的候选人的相干拉曼光谱信号增强。
2022-06-23 physics.optics
Outdoor 100-m-scale air waveguides
Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Physical Chemistry and Applied Spectroscopy, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室物理化学与应用光谱学）
本研究首次在室外实现约100米的空气波导导波，关联其性能与多种大气条件，配套模拟揭示环境扰动影响，为复杂室外环境的准连续空气波导应用奠定基础。
2026-08-12 physics.ao-ph physics.optics
Terahertz Wave Guiding by Femtosecond Laser Filament in Air
飞秒激光丝在空气中产生强太赫兹脉冲。实验研究了飞秒激光灯丝产生的太赫兹脉冲波形与灯丝长度的关系。发现了太赫兹脉冲的超光速传播，表明灯丝在空气中产生了太赫兹波导。数值模拟证实了这种波导的形成是由于灯丝内部折射率沿径向的非均匀分布。基于我们的研究结果，这种太赫兹脉冲产生方法的基本物理机制和控制技术可能会被重新审视。这也可能为太赫兹波在空气中的长距离传播开辟新的途径。
2013-10-21 physics.optics
Substrate Integrated Bragg Waveguide: an Octave-bandwidth Single-mode Functional Transmission-Line for Millimeter-Wave and Terahertz Applications
本文提出一种用布拉格反射器替代金属壁或过孔的基片集成空芯波导，通过模式滤波实现倍频程单模传输，并在20–45 GHz验证了低损耗和零群速度色散特性，面向宽带毫米波与太赫兹功能组件应用。
2019-09-02 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Airy Plasmons with Dynamically Steerable Trajectories
Airy等离子体激元具有无衍射、自加速和自修复等独特的性质，在微目标的捕获、传输和分选、成像和芯片级信号处理等方面具有广阔的应用前景。然而，高耗散损耗和缺乏动力学可操纵性限制了Airy等离子体激元在这些应用中的实现。在这里，我们揭示了混合艾里等离子体振子的第一次以混合石墨烯为基础的等离子体波导在太赫兹（THz）域为例。由于光学模式和等离子体激元模式之间的耦合，混合艾里等离子体激元可以具有大的传播长度和有效的横向偏转，其中横向波导约束由具有中等品质因数的混合模式控制。同时，通过改变石墨烯的化学势，混合艾里等离子体的传播轨迹是动态可控的。随着光镊和牵引光束的发展，这些混合艾里等离子体可能会促进无衍射光束的进一步发现。
2016-10-25 physics.optics
On the breathing modes at the interfaces of two medium leading to radiation and guiding of spin waves
本文研究了太赫兹频段回转电波导中自旋波的传播与辐射，发现磁偏置半导体InSb的回转性可打破自旋-动量锁定实现单向传播，并揭示了呼吸、双曲及截止等模式，为开发先进非互易器件提供了物理基础。
2025-03-02 physics.optics
Dyakonov-like waveguide modes in an interfacial strip waveguide
本文研究了由两个空气半空间之间的各向异性介质的界面所代表的波导中的Dyakonov表面波导模式。我们在弱各向异性近似下用微扰理论分析了这种模式。我们表明，在传统的Dyakonov表面波，单调衰减与距离的接口，Dyakonov波导模式可以有当地的最大场强远离接口。我们确认我们的分析结果与全波电磁模拟进行比较。我们相信这项工作可以为Dyakonov表面波的研究带来新的思路。
2020-09-24 physics.optics
Experimental demonstration of topological slow light waveguides in valley photonic crystals
实验研究了谷型光子晶体中的拓扑慢光波导。我们采用了两个拓扑结构不同的VPhCs图案化的空气桥接的硅板之间形成的胡须接口。该接口支持灯光线下的拓扑和非拓扑慢光模式。利用光学显微镜观察了慢光区的拓扑模光传输，群指数为$n_{\rm g}$/$30$。此外，我们证实了即使在尖锐的波导弯曲的存在下，通过慢光模式的光传输。在拓扑和非拓扑模式之间的比较，我们发现，拓扑模式表现出更有效的波导比平凡的，阐明在慢光制度的拓扑保护。这项工作为探索与现有光子学技术兼容的拓扑慢光器件铺平了道路。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Efficient and Tunable Strip-to-Slot Fundamental Mode Coupling
提出了一种新型的SOI光子线-槽波导耦合器。使用模式转换器Transformer实现线模式和槽模式之间的相位匹配。该结构包括一个平衡的50/50功率分配器和一个可调相位匹配锥形合成器形成一个槽波导。我们表明，99%的理论线槽耦合效率是可以实现的，实验上，我们证明了在1550 nm波段的耦合效率为99%。基于耦合方案，我们还显示了一个槽模的激发在开槽环谐振器和验证通过环的热光响应的激发。我们显示了一个几乎非热行为的PMMA填充槽环的热光响应为12.8 pm/C相比，43.5 pm/C的空气包层槽波导。
2017-11-27 physics.app-ph physics.optics
Monolithic whispering-gallery mode resonators with vertically coupled integrated bus waveguides
我们报告的实现和光学特性的CMOS兼容的硅基微谐振器/波导耦合系统，完全集成在硅芯片上。该器件在谐振器和掩埋条形波导之间采用垂直耦合方案。我们证明了它的高光学质量来自波导拓扑的精确平坦化。更重要的是，我们展示了一个晶圆级的大规模制造的独立平面谐振器悬浮在空气中，并耦合到集成总线波导。耦合距离的纳米控制允许谐振器的不同模式族的精确和选择性激发。这为实现用于光学机械和MEMS应用的稳定的全集成复合谐振器系统打开了大门，具有替代目前密集使用的复杂光纤锥形耦合方案的潜力。
2011-02-11 physics.optics
Demonstration of an air-slot mode-gap confined photonic crystal slab nanocavity with ultrasmall mode volumes
通过在光子晶体平板中的宽度调制线缺陷处设计空气缝，实验得到了品质因数为15,000、模体积为0.02立方波长的空气缝模式带隙光子晶体腔。高Q值空气缝腔模的产生是由于负色散的光子晶体波导模的模隙效应。具有超小模体积的高Q腔在腔量子电动力学、非线性光学和光学传感等应用中具有重要意义。
2009-10-21 physics.optics
Mode mixing in asymmetric double trench photonic crystal waveguides
从理论和实验两方面研究了一种新型的双沟槽波导的波导特性，这种波导是在绝缘体上硅（SOI）晶片上形成的二维光子晶体（PhC）平板中嵌入传统的单模条形波导。我们表明，相对低损耗（50 dB/cm）波导的带宽显着扩大到250 nm，几乎覆盖了所有的光子带隙，由于近线性色散的TE类波导模式。然而，平坦的透射光谱被许多窄阻带打断。我们发现，这些阻带可以归因于TE类（正宇称）和TM类（负宇称）模式之间的反交叉。这种效应是波导的强不对称性的直接结果，波导具有空气的上包层和氧化物的下包层。据我们所知，这是第一次演示的影响，包层不对称的传输特性的PhC平板波导。
2003-12-18 physics.optics
Single-mode and single-polarization photonics with anchored-membrane waveguides
提出了一种集成光子平台--T型波导，并对其进行了数值研究。这些紧凑的空气包覆结构具有高折射率对比度，并且比现有的膜型结构稳定得多。它们的半无限几何结构使单模和单极化（SMSP）操作在前所未有的带宽。模态模拟量化了这种行为，表明2.75倍频程（1.2 - 8.1 μm）的SMSP窗口对于硅T型波导是可行的，几乎跨越了硅的整个透明度范围。T-Guides的色散工程产生了广泛的异常群速度色散区域，使其成为宽带频率转换等非线性应用的有前途的平台。
2016-06-20 physics.optics
Radiation induced force between two planar waveguides
本文研究了光在一对平行平板波导中传播时所受到的电磁力。我们已经计算的依赖性的力的板分离的麦克斯韦应力张量形式主义的装置，我们已经讨论了其主要特点为不同的传播模式：空间对称（反对称）模式产生的吸引力（排斥）的相互作用。我们推导出了小分离和大分离时力的渐近行为，并定量地估计了实际空气桥结构上引起的机械偏转。
2007-06-12 cond-mat.other physics.optics
3D Photonic integration leveraging hybrid-confinement circuits
Université Marie et Louis Pasteur（玛丽和路易·巴斯德大学）；CNRS UMR 6174（法国国家科学研究中心联合研究单位6174）；Institut FEMTO-ST（FEMTO-ST研究所）；Heidelberg University（海德堡大学）；Kirchhoff Institute for Physics（基尔霍夫物理研究所）
本文通过结合高约束空气包层波导和低约束聚合物包层波导，在单片平台上实现了高效模式转换、紧凑弯曲和低损耗分束，展示了三维光子集成的可行性和可扩展性。
2026-05-24 physics.optics
Perfect Splitting in Rectangular Waveguide Junctions for Analogue Computing
本文提出一种利用矩形波导结实现电磁波完美分束的技术，通过传输线模型和数值验证，展示了其在信号比较与路由中的应用，为高速模拟计算开辟新途径。
2023-12-21 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Giant Transverse Optical Forces in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
在这里，我们证明了巨大的横向光学力可以在双曲型超材料的纳米尺度槽波导中产生，由于纳米尺度光场增强和空气槽区域内的极端光能压缩，与传统硅槽波导中产生的力相比，具有两个以上的数量级。数值模拟和解析处理进行研究的光力的波导的几何形状和超材料的介电常数张量的依赖关系，包括吸引力的对称模式和排斥力的反对称模式的光。横向光学力的显著增强是由于两个超材料波导之间的强光模耦合强度，这可以用耦合模理论推导出的显式关系来解释。对实际金属-介质多层膜结构的计算表明，所预言的巨大光动力在实验上是可以实现的，这将为纳米尺度的光机械应用，如光纳机电系统、光传感器和光致动器等打开大门。
2012-06-11 physics.optics
Subwavelength line imaging using plasmonic waveguides
我们调查的亚波长成像能力的二维扇出等离子体波导阵列，形成由金金属层包围的空气通道在近红外波长的操作，通过有限元模拟。通过减小通道宽度，同时保持几dB的传播损耗，可在器件的一侧实现高分辨率。在另一方面，低分辨率侧，输出耦合器被设计为优化与自由空间的耦合，并通过表面等离子体激元使通道串扰最小化。以λ/15分开的点源仍然可以清楚地区分。此外，高达两个90%的点偶极子的功率耦合到设备。应用是高分辨率线性检测器阵列，并通过反向操作该设备，高分辨率光学写入。
2015-01-13 physics.optics
Numerical study of Anderson localization of terahertz waves in disordered waveguides
本文研究了太赫兹频率下准一维无序波导中的电磁波输运。用有限元方法计算了太赫兹波在随机排列的充气圆形散射体的铌酸锂$_{3}$波导中的传播，在实验可及的长度尺度上表现出安德森局域化的开始.平均透射率作为波导长度和散射体密度的函数的结果表明从扩散到局部输运制度有明显的交叉。此外，我们发现，传输波动急剧增长时，进入本地化制度。我们的数值计算结果是在很大范围内的实验可访问的参数在扩散和本地化制度打开太赫兹波本地化的实验观察的路径与理论在很好的定量协议。
2014-01-22 cond-mat.dis-nn physics.optics
Optomechanical Measurement of the Abraham Force in an Adiabatic Liquid Core Optical Fiber Waveguide
我们报告的亚伯拉罕力与传播的光波的定量实验测量。我们隔离这种力使用一个引导的光波沿着液体填充的中空光纤（HOF）进行绝热模式变换（AMT）。利用液体内的这种光强度分布，我们能够产生时间平均的非零亚伯拉罕力密度，同时抑制亚伯拉罕-闵可夫斯基力密度。入射激光场引起了HOF内部的气液界面的线性轴向位移，这提供了亚伯拉罕力密度的直接实验测量。我们发现亚伯拉罕力密度的实验结果和理论测定值之间有很好的一致性
2016-01-20 physics.optics
Theoretical demonstration of mode transmission in ZGP-based micrometer waveguide platforms
本研究对ZGP-on-SiO2微米级波导的模式传输开展理论表征，计算出2-12μm波段TE、TM模的低传输损耗，发现模式损耗无明显角振荡及TM模模式交叉现象，为ZGP及同类双折射晶体波导的优化设计提供参考。
2024-03-12 physics.optics
Notes on Evanescent Wave Bragg-Reflection Waveguides
我们研究了一种扩展的布拉格反射波导（BRW）的空气间隙作为层之一。这种设计有可能大大简化集成非线性光学元件的外延结构，代价是更复杂的结构。这种方法将为设计和改变BRW结构提供更大的灵活性。在这里，我们讨论了扩展的BRW板的理论，并报告我们的结果适用于矩形波导的BRW情况下的Marcatili的方法。用这种分析方法，我们可以估计的有效指数的模式数量级的速度比全数值技术，如时域有限差分法（FDTD）或有限元。最初的结果是混合的;虽然已经发现了相位匹配的设计，但它们目前与其他方案相比没有显着的优势。
2013-09-02 physics.optics quant-ph
Ultrafast Optical Switching Using Photonic Molecules in Photonic Crystal Waveguides
利用时域有限差分法和耦合模理论研究了光子晶体平板结构中光子分子与波导的耦合。在双腔光子分子中，腔模的耦合产生两个具有对称和反对称场分布的超模。当同时激发两个超模时，电场的能量在两个腔之间振荡。为了激发和探测光子晶体的能量振荡，我们将光子分子与两个光子晶体波导集成在一起。在耦合结构中，我们发现两个超模的品质因数可能会因为超模的场分布不同而不同。通过优化两个光子分子腔间空气孔的半径，得到了两个超模的品质因数几乎相等，波导模与两个超模之间的耦合强度也几乎相等。在这种情况下，两个腔之间的完整能量振荡可以通过一个波导中的泵浦源获得，其可以由另一个波导读出。最后，我们证明了所设计的结构可以用于超快光开关的时间尺度为几皮秒。
2015-04-07 physics.optics
Experimental realization of wide-mode-area slow light modes in valley photonic crystal heterostructure waveguides
本研究通过在硅基谷光子晶体异质结波导中插入可调宽度的光子石墨烯层并调控畴界晶胞间距，实验实现了模宽可调的宽模面积慢光模式，为高功率片上光子集成器件研发提供了新途径。
2025-05-21 physics.optics
Rotation-tuned single hexagonal air cavity assisting in third-harmonic generation via hybrid modes
本文提出旋转调谐的六角形空气腔，利用混合模式增强场约束并提高Q值，通过集成硅圆柱体实现Mie共振调谐，最终诱导绿光三次谐波，为高Q空气腔及多功能电光器件设计提供新策略。
2025-05-07 nucl-th physics.optics
Photonic Gap Antennas Based on High Index-Contrast Slot-Waveguides
与等离子体天线相比，由低损耗金属制成的光学天线具有几个优点，包括高辐射量子效率、可忽略的加热和优异的光稳定性。然而，由于弱的空间限制，传统的电介质天线无法提供与等离子体天线相当的光-物质相互作用强度。我们在这里提出了一种全介质天线配置，可以支持强约束模式（$V\sim10^{-4}λ_{0}^3$），同时保持单位天线量子效率。该配置由具有填充有低折射率材料的横向间隙的高折射率柱结构组成，其中折射率的对比度引起垂直于间隙的电场的强烈增强。我们基于对称和非对称水平缝隙波导的色散关系详细解释了此类光子间隙天线（PGA）的工作原理。为了讨论PGA的性质，我们考虑了硅柱与空气或CYTOP作为间隙材料。我们通过全波模拟表明，在$λ=1.25$ \textmu m处的$Δλ\approx300$ nm的光谱带宽上，在间隙中嵌入发射体的PGA可以将自发发射率提高$\sim$ 1000倍（对于空气间隙）和$\sim$ 400倍（对于CYTOP间隙）。此外，PGA可以被设计成在其光谱带宽的大部分上提供单向面外辐射。这是通过将间隙的位置设置在柱的最佳偏心位置以适当地打破结构的垂直对称性来实现的。我们还表明，当作为接收器，PGA可以导致近场强度增强的一个因素为$\sim$ 3000的空气间隙和$\sim$ 1200的CYTOP间隙。
2021-03-16 physics.optics quant-ph
Coupled Airy breathers
研究了二分量耦合艾里光束的动力学行为。在线性传播制度的一个完整的解析解描述呼吸一样的传播的两个组件具有无衍射自加速艾里行为。具有不同输入特性的两束光的叠加为设计更复杂的无衍射传输方案提供了可能性。在强非线性制度的动态仍然是定性的强大的直接数值模拟显示。由于克尔效应，这两束光发射出孤子呼吸子，其耦合周期与其余的类艾里光束兼容。这项研究的结果是相关的光子和等离子体光束在耦合平面波导中传播的描述，以及双折射或多波长光束。
2014-08-12 nlin.PS physics.optics
Characterization of resonator using confocal laser scanning microscopy and its application in air density sensing
本文采用共聚焦激光扫描显微镜表征氮化硅跑道形波导谐振器，测得高有载Q因子，并利用气压导致的谐振波长偏移实现空气密度传感。
2024-09-07 physics.atm-clus physics.ins-det physics.optics
Investigation of geometry-dependent field properties of 3D printed metallic photonic crystals
实验和数值模拟了一种基于3D打印金属光子晶体的太赫兹（THz）波导，该波导由周期性金属棒阵列（MRA）组成，工作频率范围为0.1-0.6 THz。结果表明，这种波导支持基模和高阶TM模两种波导模式。高阶TM模表现出很强的场约束，并且对几何形状的变化很敏感。通过调节金属棒间隙，可以优化高频带的光谱位置、带宽和透射率。研究表明，通过改变空气间隙的大小，打破磁共振拉曼散射的对称性，可以实现高次模之间的模式转换。
2020-03-15 physics.optics
Analytical solutions for optical forces between two dielectric planar waveguides immersed in dielectric fluid media
本文研究了两个高折射率介质平板波导在低折射率介质流体介质中的光学（横向梯度）力。作为对之前研究的补充，我们通过使用Minkowski应力张量公式来扩展光学力计算，以便考虑非真空（和非空气）背景介质;我们根据有效折射率推导出一组非常简单的方程。波导本征模。我们还使用了归一化版本的色散关系的方法来计算的光学力，以验证我们的结果为不同的介电流体介质。所有分析的情况下，两种方法之间的良好的协议。我们发现，由于槽波导效应，TM模式比TE模式对流体折射率的变化更敏感。此外，反对称TM 1模式的排斥光学力变得更强的折射率，而对称TM 0模式的吸引力变得更弱。在这项工作中提出的方法和结果提供了一个严格的分析，在更广泛的材料和应用的光学力驱动的纳米光学机械设备。
2016-07-05 physics.optics
Optical pulling using topologically protected one-way-transport surface-arc waves
本文提出了一种新的方法，通过使用夹在两个手征双曲型超材料之间的空气波导来实现粒子的鲁棒光牵引。该拉力是由支撑在波导的两个超材料表面上的一对单向传输表面弧波之间的模式转换引起的。表面弧桥接孤立的体等离子体表面（EFSs）之间的动量间隙，并由EFSs的非平凡陈数拓扑保护。当具有相对小波数$k_{x1}$的入射表面电弧波被颗粒散射时，其能量的一部分被转移到具有$k_{x2}(>k_{x1}). Because the electromagnetic wave acquires an additional forward momentum from the particle proportional to $ k_{x2} - k_{x1}的另一表面电弧模式。在此过程中，颗粒将总是受到光学拉力，而与其材料、形状和尺寸无关。由于手征表面弧波不受来自局部无序的反向散射的影响，并且超材料在xy平面中是各向同性的，因此可以在弯曲空气波导中实现鲁棒的光学牵引，并且可以超越限于在直线上牵引的标准光学牵引机制。
2020-08-17 physics.optics
Nonlinear photonic crystal fibres: pushing the zero-dispersion toward the visible
光子晶体光纤中的强波导色散为零色散波长$λ_0$远低于二氧化硅材料色散设定的~1.3微米的极限的非线性光学提供了独特的机会。通过调整空气孔直径d、间距λ和空气孔环的数量N，强波导色散原则上可以用于将λ_0很好地扩展到可见光中，尽管在某种程度上以多模操作为代价。我们详细地研究了零色散波长、截止波长λ c和泄漏损耗在由d、λ和N构成的参数空间中的相互作用。作为特定的结果，我们确定d（~500 nm）和λ（~700 nm）的值，其促进最短可能的零色散波长（~700 nm），同时光纤对于较长波长仍然是单模的。
2006-08-14 physics.optics
Effective-medium-cladded dielectric waveguides for terahertz communications
太赫兹通信是未来短距离点对点无线数据传输的一种很有前途的模式，传输速率高达每秒太比特。实现这一目标的一个里程碑是开发一个高效率的集成发射机和接收机平台。一个关键的使能部件是具有宽带宽和低色散的平面波导结构。本文提出了一种有效介质包覆的无衬底全介质波导，用于宽带低损耗、低色散的太赫兹波传输。这种自支撑结构仅内置于具有空气穿孔的单个硅晶片中，以减轻金属中的显著吸收和太赫兹频率下的吸收。所实现的波导可以覆盖整个260至400 GHz，在两个正交偏振的单一主导模式。模拟结果表明，对于E_11^x模，整个频带内的衰减范围为0.003至0.024 dB/cm，而对于E_11^y模，衰减范围为0.008至0.023 dB/cm。受测量装置的限制，在335 GHz的3 cm波导上实验实现了28 Gbit/s的最大无差错数据速率。我们进一步演示了通过该波导传输未压缩的4K分辨率视频。该波导平台有望集成各种有源和无源元件。因此，我们可以预见它是未来太赫兹集成电路的潜在候选者，类似于光频率的光子集成电路。
2019-05-16 physics.optics
Wide-mode-area slow light waveguides in valley photonic crystal heterostructures
提出在平板型VPhC异质结中利用中心类石墨烯PhC和晶格偏移实现宽模场、低群速度的拓扑单模慢光波导，并验证其对小孔径波动具有较高透射鲁棒性。
2024-04-03 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
Terahertz imaging with sub-wavelength resolution by femtosecond laser filament in air
太赫兹（THz）成像技术在生物学、医学和无损检测等领域具有重要的应用价值。然而，由于太赫兹波的波长较长，太赫兹成像的分辨率通常只有几百微米，远低于传统的光学成像。介绍了一种亚波长分辨率的太赫兹成像技术，该技术利用空气中飞秒激光丝产生的太赫兹辐射作为探测器。该方法基于飞秒激光灯丝在空气中形成太赫兹波的波导的事实。在灯丝内部传播的太赫兹光束的直径从20 μm到50 μm不等，这明显小于太赫兹波的波长。利用这种高度空间受限的太赫兹光束作为探测器，可以实现分辨率高达20 μm（~λ/38）的太赫兹成像。
2013-10-21 physics.optics
Engineering the light coupling between metalens and photonic crystal resonators for robust on-chip microsystems
我们设计了一个片上变形光学系统的超透镜-光子晶体谐振器元系统的晶圆兼容硅光子平台。通过调整片上超透镜的聚焦长度和模式尺寸，超透镜与光子晶体谐振器和波导结构之间的插入损耗通过模式匹配被最小化。该微系统不涉及任何单模硅纳米线波导，因此在没有任何氧化物包层的情况下具有机械鲁棒性。所提出的微系统是理想的小型化的化学和生物传感器在空气或溶液环境中工作。
2021-03-09 physics.optics
Asymmetric comb waveguide for strong interactions between atoms and light
耦合量子发射器和纳米结构，特别是冷原子和波导，最近引起了很大的兴趣，由于前所未有的可能性工程光-物质相互作用。然而，这些有前途的概念的实施受到各种理论和实验问题的阻碍。在这项工作中，我们提出了一种新型的周期性介质波导，提供了强相互作用之间的原子和引导光子与一个不寻常的色散。我们设计了一个非对称梳状波导，支持慢模式与四次（而不是二次）的色散和电场，延伸到空气包层与原子的最佳相互作用。我们计算了两个导模在与原子跃迁失谐的频率下形成的光阱势。我们发现，冷铷原子可以被困在1.3-mK深的势阱中的结构接近100 nm。对于被困在该位置的原子，进入引导光子的发射在很大程度上是有利的，β因子高达0.88，进入慢模式的辐射衰减率比自由空间衰减率大10倍。
2022-03-24 physics.optics quant-ph
Enhanced transmission through arrays of subwavelength holes in gold films coated by a finite dielectric layer
采用刚性全矢量三维时域有限差分方法，对亚波长孔阵列金膜的增强透射进行了理论研究。首先研究了空气孔形状对透射率的影响，确定了导致透射率增强的两种不同的共振：局域波导共振和周期性表面等离子体共振。计算结果表明，在感兴趣的波长范围内，局域波导谐振模式而不是周期性的金玻璃表面等离子体激元模式是传感的主要模式。虽然检测到的峰值是相当广泛的，位移不是太明显，我们强调的贡献，从本地化波导谐振模式，这可能开辟了新的方法来设计表面等离子体传感器。
2007-03-08 physics.optics
Terahertz orbital angular momentum modes with flexible twisted hollow core antiresonant fiber
太赫兹辐射在研究实验室和日常生活中越来越普遍，应用范围从机场安检的身体扫描仪到短距离无线通信。在光学领域，波导和其他操纵辐射的设备已经很好地建立起来。在太赫兹范围内还不是这种情况，因为太赫兹辐射与物质的强相互作用，导致吸收，以及波长的毫米尺寸，因此所需的波导。我们建议使用一种新的材料，聚氨酯，波导，允许高的灵活性，克服的问题，否则导致刚性结构的大尺寸。利用这种材料，我们实现了反谐振空芯波导，并利用材料的柔性以可调谐和可逆的方式机械扭曲波导，扭曲周期短至数十个波长。扭转波导，我们证明了携带轨道角动量的模式的产生。我们使用太赫兹时域光谱测量和清晰地可视化的模式，这是很难在光学领域的涡旋性质。所提出的波导是一个新的平台，为THz制导，特别是模式操纵提供了新的视角。所展示的以可控方式在波导内产生具有轨道角动量的模式的能力将有益于基本的（例如，物质-辐射相互作用）和应用的（例如，THz电信）THz研究和技术的进步。此外，该平台不限于THz域，并且可以针对其他电磁波长进行缩放。
2018-05-04 physics.optics
Acousto-Optic Modulation in Ambient Air
本文提出用高强度超声波在环境空气中构建气态声光介质，实现无固体元件的超短脉冲偏转，在20 GW峰值功率下获得超过50%效率和优良光束质量。
2023-04-28 physics.optics
Coherent beam shaping using two-dimensional photonic crystals
基于光子晶体的光学器件，如波导、透镜和光束整形器，近年来受到了理论和实验的广泛关注。绝缘体上硅制造技术的广泛应用促进了这些器件的生产。在这项理论工作中，我们展示了设计基于相干相位控制的光束整形器的可能性。所使用的基本光子几何形状是高折射率电介质芯中的空气孔的2D正方形晶格。我们制定的光束整形问题的目标函数有关的振幅和相位轮廓的产生的光束。然后，我们使用并行禁忌搜索算法，以尽量减少这两个目标同时进行。我们的研究结果表明，在集成光子学设计的几个属性的优化是在目前的算法范围内。
2013-05-01 physics.optics
High-Q Contacted Ring Microcavities with Scatterer-Avoiding "Wiggler" Bloch Wave Supermode Fields
与波导芯接触的高Q环形谐振器为芯片级光机械、热光学和电光学中的各种应用提供了通用平台。我们提出并证明了一种新的方法来实现方位角周期性接触环形谐振器的多模布洛赫匹配的基础上，支持接触的内部和外部半径边缘的光学Q小退化。相邻的横向空间阶的简并模之间的辐射耦合导致虚频（Q）分裂和散射体避免高Q“摇摆器”超模场。我们实验测量Q值高达258，000的设备中制造的硅器件层上埋氧化物下包层，和高达139，000的设备完全悬浮在空气中使用底切步骤。Wiggler超模是微光子系统的真实模式，它在电学、热学和机械设计方面提供了新的自由度。
2014-02-18 physics.optics
