Ultrafast and energy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelength plasmonic waveguides
全光开关因其可以克服电开关的速度限制而受到人们的关注。然而，由于现有材料中固有的小光学非线性，超快、节能的全光开关的实现一直具有挑战性。作为解决方案，我们提出了石墨烯负载的深亚波长等离子体波导（30 nm x 20 nm）。由于极端的光限制，我们显著增强了石墨烯的光学非线性吸收，并实现了超快全光开关，开关能量为35 fJ，开关时间为260 fs。开关能量比以前的石墨烯基器件小四个数量级，是有史以来报道的任何全光开关在几皮秒或更少的值。该器件可以有效地连接到传统的Si波导和Si光子集成电路。我们相信，这种基于石墨烯的器件将为片上超快和节能的光子处理铺平道路。
2019-07-03 physics.app-ph physics.optics
Design of switches and beam splitters using chaotic cavities
我们提出了使用混沌二维多端口波导的电磁（或电子）开关和分束器的建设。一个原型的两端口波导局部变形，以产生一个三元不完整的马蹄适当的混合相空间（混沌区域周围的岛屿的稳定性，其中运动是定期的）。由于隧穿到相空间稳定岛，导致准束缚态的出现。然后，我们附加横向端口的波导上的变形区域中的位置的相空间结构是只有轻微的扰动。我们展示了如何QBS可以引导出波导通过附加的横向端口引起的频率选择开关和分束器。
2005-04-01 physics.optics
Plasmonic nanoantennas as integrated coherent perfect absorbers on SOI waveguides for modulators and all-optical switches
研究了SOI线波导顶部等离子体纳米天线结构作为调制器和全光开关的相干完美吸收体的性能。通过三维时域有限差分法模拟计算了金和铝纳米天线加载波导的吸收、散射、反射和透射光谱，包括沿波导传播的单波以及由两个反向传播波组成的驻波情况。研究的配置显示，调制器和开关应用的损耗约为1%，消光比大于25 dB，以及纳米天线区域的强场增强和定位等离子体效应。所提出的等离子体相干完美吸收体可用于相干网络中的超紧凑全光开关以及调制器，并且可在传感或增加非线性效应中找到应用。
2013-09-10 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Dispersion Control in Micromechanical Evanescent Optical Modulators
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Obsidian Sensors（黑曜石传感器）
本文提出了一种新型微机电蒸发光调制器，通过机械插入介质 slab 到波导的蒸发场中，实现异常色散调制，展示了对波导模式有效折射率的正调制和群折射率的负变化，为光子系统集成提供了新方法。
2026-04-09 physics.optics
Towards calibration-free Mach-Zehnder switches on silicon
硅光马赫-曾德尔开关作为一种新型的光互连器件得到了广泛的研究。然而，传统的2{ \times }2 MFET通常由于不完美的制造而易于发生臂波导的尺寸变化，导致两个臂之间的相当大的随机相位不平衡，从而对进一步按比例放大NN MFET施加了重大挑战。在这里，我们提出了一种新的设计，对校准免费2{ \times }2和N{ \times }N的MPERS，采用最佳加宽的臂波导，使新的紧凑的锥形欧拉S弯与合并模式滤波器。采用标准的180 nm CMOS代工工艺，采用新设计制造和表征了30多个2{ \times }2 MZS和1个4{ \times }4 Benes MZS。与具有0.45 μ m宽臂波导的传统对应物相比，本发明的2{ \times }2 MTORS展现出约370倍的随机相位不平衡减少。即使没有任何校准，在全交叉状态下操作的本发明的2{ \times }2和4{ \times }4兆欧姆的测量消光比在~60 nm的波长范围内分别为~30 dB和~20 dB。这项工作为无校准的大规模N{ \times }N硅光子晶体铺平了道路。
2021-09-30 physics.app-ph physics.optics
Graphene-based plasmonic switches at near infrared frequencies
介绍了石墨烯条形等离子体激元波导近红外波段串联开关的概念、分析和设计。通过使用石墨烯的场效应来选择性地启用或禁止石墨烯条形波导的一部分上的传播来实现切换，从而分别允许良好的传输或高隔离。使用全波模拟和传输线模型与矩阵传输方法相结合，该方法考虑到由设备的不同石墨烯条形波导部分支持的等离子体激元的特性，来执行所提出的结构的电磁建模。开关的性能进行评估与不同的参数的结构，包括周围的介电介质，静电门控和波导尺寸。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
One-way Phonon Isolation In Acoustic Waveguides
提出了一种考虑材料特性时空调制的声波导单向模隔离方法。用这种方法演示了无界平板声波导中对称和反对称剪切水平（SH）模之间的模式转换。模式转换的可能性的分析和数值证据。文中还提出了MEMS器件芯片上信号隔离的可能实验实现和应用。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Four-layer nanocomposite structure as an effective optical waveguide switcher for near-IR regime
我们提出了一个理论研究的色散和能量特性的本征波（TE-和TM-模式）在一个四层结构组成的磁光钇铁石榴石引导层上的介质基板覆盖的平面纳米复合材料的指导多层。考虑了钇铁石榴石的双折射特性，导出了色散方程，并提出了一种导模识别的新算法。我们证明了TE和TM模式的偏振开关依赖于引导层的几何参数。色散图和场分布被用来说明传输特性的变化与纳米复合层的多层厚度比的变化。计算了结构上的能流分布，得到了最佳导引区的条件。在波导层中的功率开关比约为6 dB的波长范围为100 nm的示出实现。
2019-03-03 physics.optics
Gain enhanced Fano resonance in a coupled photonic crystal cavity-waveguide structure
具有耦合腔和波导的系统已经被证明是光学开关和光学传感器。为了优化这些光学器件的功能，使用了具有不对称和陡峭谱线形状的Fano共振。理论上提出了一种耦合光子晶体腔-波导结构，通过在波导中放置部分反射元件来实现Fano谐振。为了增强Fano共振，在腔中引入了光学增益材料。随着增益的增加，传输线的形状变得陡峭，并且透射率可以增强六倍，从而通过小的频移提供大的对比度。展望了增益增强Fano共振在光开关和光传感器中的应用前景。
2016-12-05 physics.optics
Compact polarization-independent non-volatile optical switches
本文提出一种基于相变材料Sb2S3和多模狭缝波导的紧凑型偏振无关非易失光学开关，在1550 nm处实现串扰小于-21.9 dB、插入损耗小于0.12 dB，适用于可重构光子电路。
2025-08-28 physics.optics
Scalable switched slab coupler based optical phased array on silicon nitride
一个二维的光学相控阵列的演示，通过使用多输入星形耦合器，兼容FMCW激光雷达。以前的方法使用单输入设计实现了二维光束转向依赖于一个可调谐的激光源，利用光栅耦合器的辐射角波长依赖性和波导折射率的变化。虽然实现了在单个步骤中分配功率的方便方式，但星形耦合器架构在所采用的波导长度方面是低效的，并且因此在光损耗和占用面积方面是低效的。多输入方法通过将几个单输入设备压缩成一个来部分地简化这一点，从而允许与所使用的输入数量成比例地减少占用空间。我们在氮化硅技术中制造了具有0.36度x 0.175度光束腰的概念转向器的证明，寻址15度x 2.8度的视场。还报告了一种新的设计迭代，具有0.24度x 0.16度束腰和15度x 11.2度视场。从激光雷达系统的角度来看，这种光学相控阵芯片的影响。
2022-03-31 physics.app-ph physics.optics
Design of nano-scale high static performance phase-change on-off silicon photonic switch
报道了一种利用纳米级相变材料Ge_2Sb_2 Te_5嵌入绝缘体上硅波导的高静态性能开关光开关的设计。这种活性材料可以使用电/光脉冲在非晶态和晶态之间切换。基模在硅波导中的传播由于在Si-Ge_2Sb_2 Te_5界面处的高折射率变化和Ge_2Sb_2 Te_5中的吸收而急剧改变其性质。由具有嵌入其中的体积为400 nm × 180 nm × 450 nm（长×高×宽）的Ge 2 Sb 2 Te 5的硅波导制成的光开关在1550 nm的通信波长处在ON状态下提供43 dB的高消光比和2.76 dB的低插入损耗。在插入损耗和消光比之间存在折衷。对于10 dB消光比，插入损耗可以低至1.2 dB，并且相应的有源体积也相当低（100 nm x 150 nm x 450 nm（长x高x宽））。此外，光谱响应研究表明，该开关保持消光比大于30 dB的波长跨度1500-1600 nm。本文报道的光开关的高静态性能是有效体积的适当尺寸工程以及其并入绝缘体上硅波导的直接结果。我们还提出了非易失性光开关的品质因数，考虑到静态性能的相关参数。
2018-06-07 physics.app-ph physics.optics
Experimental demonstration of fiber-accessible metal nanoparticle plasmon waveguides for planar energy guiding and sensing
实验证据的模式选择倏逝波功率耦合在电信频率与效率高达75%，从锥形光纤精心设计的金属纳米粒子等离子体波导。波导由一个二维的正方形晶格光刻定义的金纳米粒子的光学薄硅膜。利用光纤拉锥分析了波导的色散和衰减特性。功率传输到这些波导中的高效率解决了传统光学器件和等离子体激元器件之间的耦合问题，并且可以导致高效等离子体激元传感器和光学开关的发展。
2004-05-20 physics.optics
Electro-optically modulated polarization mode conversion in lithium niobate ridge waveguides
作为一种新兴技术，绝缘体上的锂氧化物（LNOI）波导已被证明为集成光学提供了一个有前途的平台，这是由于其与绝缘体上的硅（SOI）波导相比的强光学限制，同时具有锂氧化物的多功能特性，例如高电光系数。在本文中，我们表明，模式杂交，一种现象，广泛存在于垂直非对称波导，可以有效地调制在LNOI脊波导的电光效应，导致97%的效率的偏振模式转换器。此外，所提出的器件不需要锥形或周期性极化，从而大大简化了制造工艺。它也可以通过外部磁场进行主动切换。这样的平台促进了光子电路和传感器的技术进步。
2021-03-04 physics.optics
Cryogenic Electro-Optic Polarisation Conversion in Titanium in-diffused Lithium Niobate Waveguides
量子光子学中的许多技术需要低温条件来操作。但是，开关、调制器和移相器等有源器件背后的底层平台必须与这些工作条件兼容。为了解决这个问题，我们展示了一个电光偏振转换器，在0.8K的1550 nm的光在钛扩散锂的钛酸盐波导。为此，我们利用锂的电光特性在正交偏振模式之间转换，光纤到光纤的传输> 43%。调制深度为23.6 ± 3.3dB，转换电压-长度积为28.8V cm。这使得低温光子学和有源元件能够在单个集成平台上组合。
2020-06-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Non-volatile Programmable Photonic Integrated Circuits using Mechanically Latched MEMS: A System-Level Scheme Enabling Power-Connection-Free Operation Without Performance Compromise
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, School of Electronic Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信国家重点实验室）
本研究提出利用机械锁止MEMS的非易失性PPIC架构，实现无电源连接操作且不牺牲性能，通过系统级方案和自动容错算法验证其鲁棒性和性能
2026-01-10 eess.SP physics.optics
Switch between the types of the symmetry breaking bifurcation in optically induced photorefractive rotational double-well potential
研究了在螺旋双势阱作用下，沿传播方向切换圆柱壳波导对称破缺分岔类型的可能性。该模型由一维非线性薛定谔（NLS）方程描述。对称性和反对称性的破坏可以通过增加施加到波导上的电压在自聚焦和散焦的情况下，分别引起。在自聚焦的情况下，SBB的类型可以从超临界切换到亚临界。而在自散焦情况下，由于只能找到一种SBB类型，因此无法切换SBB类型。
2012-11-06 nlin.PS physics.optics
Towards ultracompact photonic chips using higher-order modes in closely spaced waveguides
本文利用紧密排列波导中的高阶模式显著降低串扰，从而大幅缩小光子芯片尺寸，并设计了基于高阶模式的定向耦合器、3-dB分路器及马赫-曾德尔干涉仪等超紧凑组件。
2025-08-07 physics.app-ph physics.optics
Feasible Surface Plasmon Routing Based on The Self-assembled InGaAs/GaAs Semiconductor Quantum Dot Located between Two Silver Metallic Waveguides
提出了一种利用位于两个银金属波导之间的具有V型三能级结构的InGaAs/GaAs半导体量子点（SQD）实现纳米等离子体开关和量子路由的实验方案。我们通过实空间方法从理论上研究了单等离子体激元在这种多端口系统中的传输和转移速率，我们的结果表明，通过控制参数，如经典场的强度，失谐以及SQD和波导之间的相互作用，来自输入端口的单等离子体激元可以被切换和重定向。该方案不仅可用于量子路由器和量子交换机的设计，还可用于量子光子集成电路的设计。
2019-05-21 physics.optics
Exceptional Points and Asymmetric Mode Switching in Plasmonic Waveguides
我们研究了由一对具有不同损耗的石墨烯片组成的非厄米特系统中的例外点。石墨烯波导中存在两种表面等离子体激元（SPP）模式。通过改变两个石墨烯片之间的距离和石墨烯的化学势，EP表现为本征值，即两个模式的波矢量合并。在由石墨烯的几何参数和化学势组成的参量空间中，将EP包围起来，可以观察到本征模的交叉转换和几何相位的变化。同时，某一输入SPP模式可能导致完全不同的输出。该研究为纳米级敏感光学开关和传感器的开发铺平了道路。
2016-07-31 physics.optics
Switchable plasmonic routers controlled by external magnetic fields by using magneto-plasmonic waveguides
我们分析和数值研究磁等离子体在金属薄膜包围的铁磁介质。在使用厚度超过趋肤深度的金属膜的这种波导中，横向方向上的外部磁场可以引起模式分布的显著空间不对称性。奇数和偶数非对称模式在一定距离上的叠加导致能量集中在一个界面上，该界面通过磁场反转切换到另一个界面。所需的磁化强度的大小随金属膜厚度的增加而呈指数减小。基于这一现象，我们提出了一种波导集成磁控开关等离子体路由器与99%的高对比度内的光带宽的几十太赫兹。该配置还可以作为磁等离子体激元调制器操作。
2018-07-17 physics.optics
Tunable THz and infrared plasmonic filter and switches based on circular graphene resonator with 90° bending of output port
提出并分析了两种基于石墨烯的新型导波器件，即滤波器和电光开关。滤波器不同于已知的输入和输出波导的几何形状和对称性的共线取向。所述组件由圆形石墨烯盘和在石墨烯层的平面中彼此以$90^\circ$取向的两个纳米带组成。石墨烯元件被放置在介电衬底上。我们发现，对称性的变化导致组件的属性发生剧烈变化。该装置的物理原理是基于石墨烯盘中的偶极、四极和六极共振，其分别限定阻带、通带和阻带频率特性。通过移动电子费米能级，阻带和通带滤波器特性的组合允许设计开关。数值模拟表明，所提出的元件具有非常小的尺寸，良好的特性，并提供了一个动态控制其中心频率通过静电门控。
2019-10-31 eess.SP physics.app-ph physics.optics
1.5 GHz Pulse Generation From a Monolithic Waveguide Laser With a Graphene-Film Saturable Output Coupler
我们在输出耦合镜上镀上石墨烯薄膜，制成可饱和吸收镜。然后，这是用来获得Q开关锁模从二极管泵浦的线性腔波导激光器刻在掺镱铋酸盐玻璃，具有高的斜率和光转换效率。该激光器产生了1039nm的锁模脉冲，重复频率为1.5GHz，平均输出功率为202mW。这种性能是由于石墨烯可饱和吸收体与高质量激光玻璃的组合。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A Digital Optical Switch Based on a Thermally Tuned Multimode Waveguide Grating Filter
本文提出一种基于热调制多模波导光栅滤波器的数字光学开关，具有宽电压范围、低功耗和高鲁棒性，适用于AI计算中的光开关应用。
2026-04-26 physics.optics
Active coupling control in densely packed subwavelength waveguides via dark mode
对节能和快速通信的需求不断增长，推动了高度集成的光子电路的发展，其中在纳米级控制光成为信息传输的最关键方面。定向耦合器，两个相互作用的光波导放置在靠近，是这些集成光子电路中的重要组成部分，并已被用作光调制器和开关，用于高速通信，数据处理和集成量子操作。然而，对紧密封装的波导之间的耦合的主动控制是非常期望的，并且仍然是朝向超小占用面积器件的关键障碍。在波导系统中实现主动控制的一般方法是利用由强控制脉冲实现的光学非线性。然而，当信号及其控制脉冲在同一波导中传播时，这些器件遭受由强控制脉冲引起的非线性吸收。在这里，我们实验证明了一个独特的计划的基础上绝热消除（AE）的概念，有效地操纵密集封装的波导之间的耦合。我们演示了两个紧密堆积的波导之间的耦合控制通过调整之间的去耦波导的模式指数。这是通过暗模式实现的，因此信号不受感应损耗的影响。这样的方案是一个有前途的候选人超密集集成纳米光子学，如片上超快调制器和可调谐滤波器的光通信和量子计算。
2015-01-19 physics.optics
Power-Efficient Silicon Nitride Thermo-Optic Phase Shifters for Visible Light
我们展示了功率效率，热光，氮化硅波导移相器的蓝色，绿色和黄色波长。由于采用悬浮结构和多通波导设计，移相器工作时功耗较低。这些器件是在200毫米的硅晶片上制造的，使用深紫外光刻作为有源可见光集成光子学平台的一部分。在445、488、532和561 nm波长下，测量的实现$π$相移的功耗（在多个器件上平均）分别为0.78、0.93、1.09和1.20 mW。移相器被集成到马赫-曾德尔干涉仪开关中，并且测量了大约570（590）$μ$ s的$10- 90$上升（下降）时间。
2021-11-15 physics.app-ph physics.optics
Robust bound states in the continuum in Kerr microcavity embedded in photonic crystal waveguide
提出了一种二维光子晶体的设计，该光子晶体由四个缺陷介质柱构成，其本征频率位于定向波导的传输带内。在线性的情况下，缺陷棒的材料参数的调谐的非鲁棒的连续束缚态（BSC）可能会出现。BSC是具有相同宇称的谐振双极模和四极模的完全相消干涉的结果。%以捕获微腔内部的光。一个强大的BSC出现在一个自适应的方式，而不需要调整的克尔效应的微腔的参数。由于非线性系统中叠加原理的缺乏，导致BSC与注入光的耦合。这在BSC频率附近形成了一种特殊形状的孤立透射共振。我们表明，如果注入光被关闭，BSC存储光，为光积累开辟了一条道路。
2014-04-16 nlin.AO physics.optics
Nanophotonic waveguide chip-to-free-space beam scanning at 68 Million Spots/(s$\cdot$mm$^{2}$)
本文提出了一种名为“ski-jump”的纳米光子波导光束扫描器，通过单片集成在压电悬臂上实现了高速、高质量的二维光束扫描，其性能显著优于现有MEMS镜，并展示了在图像投影和单光子读出等方面的应用潜力。
2025-05-01 physics.app-ph physics.optics
Nonvolatile electrically reconfigurable integrated photonic switch
光子集成电路（PIC）的可重构性已经变得越来越重要，这是由于由新兴应用（包括神经形态计算、量子信息和微波光子学）驱动的对芯片上的电子-光子系统的日益增长的需求。这些领域的成功通常需要高度可扩展的光子交换单元作为基本构建模块。然而，目前的光子开关主要依赖于具有弱的、易挥发的热光或电光调制效应的材料，导致大的占地面积和高能耗。作为一种有前途的替代品，硫系相变材料（PCM）表现出强调制的静态，自保持的方式。在这里，我们展示了非易失性电可重构光子开关使用PCM包层硅波导和microwave谐振器，本质上是紧凑和节能。利用由原位硅PIN加热器致动的相变，在互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容工艺中获得了具有高耐久性的接近零的附加损耗和可逆切换。我们的工作可能使非常大规模的通用可编程集成光子处理器。
2019-12-10 physics.app-ph physics.optics
Full vectorial analysis of polarization effects in optical nanowires
我们开发了一个完整的理论分析的非线性相互作用的两个偏振的波导脉冲传播的矢量模型，适用于高指数亚波长波导的装置。在这样的波导中，在完全源自波导结构的两个偏振的非线性行为中存在各向异性，并且导致切换特性。我们确定的稳定性的稳定状态的解决方案，通过拉格朗日制定。我们发现所有的静态解的非线性系统，包括那些是周期性的光纤长度以及非周期性孤子的解决方案，并分析这些解决方案通过的哈密顿公式。我们特别讨论的开关解决方案，位于附近的不稳定的稳态，因为它们导致自偏振翻转，原则上可以用来构建快速光开关和光逻辑门。
2012-03-28 nlin.PS physics.optics
TM-polarized Surface Plasmon Polaritons in Nonlinear Multi-layer Graphene-Based Waveguides: An Analytical Study
本文分析研究了含有石墨烯片的非线性多层结构中的TM偏振表面等离子体激元（SPP）。在一般结构中，每个石墨烯片被夹在两种不同的非线性磁性材料之间。为了显示所提出的一般波导的丰富性，引入了两种新型的非线性结构，并将其作为一般结构的特例进行了研究。它将被证明，这些结构的传播特性可以通过改变石墨烯的化学势和入射模式功率进行调谐。对于第二种结构，在40 THz的频率下获得了有效折射率的大值，即对于0.2 ev的化学势和3的入射功率为240。分析结果证实了非线性磁性材料与石墨烯片的集成可以控制和增强场在非线性层中的传播特性和自聚焦。这种集成为设计人员提供了更多的自由度，可以提出新的THz组件，如THz区域的激光器和开关。
2021-01-07 physics.optics
Fast-response silicon photonic microheater induced by parity-time symmetry breaking
热光微加热器是实现智能可重构光子网络的硅光子器件中不可缺少的器件。在过去的几十年里，人们已经做了很多努力来改善金属微加热器的性能。然而，由于光吸收的金属性质，为了快速响应而将金属微加热器放置在非常靠近波导的位置是不切实际的，并且还没有在实验上完成。在这里，我们实验证明了金属微加热器放置在非常接近波导的基础上奇偶时间（PT）对称性破缺。金属加热器固有的高损耗保证了系统工作在PT对称性破缺区，从而保证了硅波导中光的低损耗。此外，近距离加热显著缩短了响应时间。实现了~1 us的快速响应时间，而不会引入额外的损耗。对于长加热器，插入损耗仅为0.1 dB。调制带宽为280 kHz，这是一个数量级的改善时，与主流的热光移相器。为了验证大规模集成的能力，1*8相控阵波束转向也与PT对称破缺金属加热器进行了实验验证。我们的工作提供了一个新的设计理念，低损耗的快速响应的光开关与耗散材料，并提供了一种新的方法来提高性能的热光移相器。
2021-06-28 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear near-field spectroscopy of exciton-polaritons in a van der Waals layered waveguide
本研究利用基于GaP固体浸没透镜的非线性近场光谱技术，在hBN封装的单层WS2波导中观察到约50 meV拉比分裂的激子-极化激元，并实现泵浦诱导的强-弱耦合转变，为紧凑型范德华光子开关和调制器提供了新途径。
2025-10-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast, low-energy, all-optical switch in polariton waveguides
在光技术中，对信号的光-电-光转换的要求通常是速度和能耗方面的主要瓶颈之一。使用修饰光子（也称为极化激元），允许内在的相当大的相互作用，可以显着提高光学集成元件，如开关或光闸的性能。在这项工作中，我们证明了超快开关的激光耦合到极化激元波导触发的光脉冲谐振具有相同的色散，但在较低的能量。我们的实验表明，两种效果能够中断激光在两个不同的时间范围内的传输：一个亚皮秒的时间范围，由于光学斯塔克效应，和皮秒范围内的电荷库的创建。在后一种制度中，我们发现，在一定功率的激发暗态的激活允许一个长的持久性的开关远远超出了明亮的激子寿命。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Low-Threshold Lasing with Frozen Mode Regime and Stationary Inflection Point in Three Coupled Waveguide Structure
本研究提出一种三波导耦合周期结构，通过实现三阶驻点拐点（SIP）获得冻结模 regime，从而降低激光阈值，优于传统带边激光器。
2023-08-07 physics.optics
Multimode silicon photonics using on-chip geometrical-optics
片上光互连技术已被广泛认为是实现未来大规模多处理器的一种很有前途的技术。模分复用（MDM）为光互连提供了一个新的自由度，以显著增加链路容量。目前的片上多模器件是基于传统的波动光学。虽然为了支持更多的模式，采用了大量的计算和优化，但由于严重的模式色散，模式无关的操作仍然很难实现。在这里，我们提出了一个通用的解决方案，标准化的基本多模积木的设计，通过引入一个几何光学的概念，采用波导宽度大于工作波长。所提出的解决方案可以用非常简单的过程同时处理一组模式，避免解复用过程并确保紧凑的占用空间。与传统方案相比，它可扩展到更大的模式信道，而不会增加复杂度和整体占用空间。作为概念验证，我们展示了一组多模构建模块，包括交叉，弯曲，耦合器和开关。实现了多模波导交叉和弯曲的低损耗，并且实现了多模开关的超低功耗，因为它能够同时针对一组模式进行可重构路由。我们的工作促进了多模光子学的研究，使多模分光技术更加实用。
2020-04-04 physics.app-ph physics.optics
Thermally Induced Refractive Index Trimming of Visible-Light Silicon Nitride Waveguides Using Suspended Heaters
该研究展示了利用悬浮加热器对可见光SiN波导进行热诱导折射率微调的技术，实现了稳定的折射率变化，降低了器件偏置功耗，并揭示了潜在机制及热老化行为。
2025-04-30 physics.optics
Compact Non-Volatile Multilevel Sb$_2$Se$_3$ Electro-Optical Switching in the Mid-Infrared Group-IV-Photonics Platform
该研究基于GeOI平台设计了两款嵌入Sb₂Se₃相变材料的中红外2×2电光开关，通过石墨烯微加热器调控相态，实现了低损耗、低串扰的双稳态/多稳态开关及32级电平调控，适用于IV族半导体单片大规模集成。
2024-01-29 physics.app-ph 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
Integrated Metasurfaces on Silicon Photonics for Emission Shaping and Holographic Projection
硅光子学在自由空间中的新兴应用，如LiDAR和量子光子学，促使通用的发射整形超出了传统光栅耦合器的能力。一个平台，提供任意成形的自由空间发射，同时保持CMOS兼容性和单片集成是迫切需要的。在这里，我们展示了一个平台，集成超颖表面单片硅光子集成电路。超颖表面由渐逝耦合到硅波导的非晶硅纳米柱组成。我们实验证明衍射限制光束聚焦与Strehl比为0.82，其中聚焦点可以在两个位置之间切换。我们还实现了一个元全息图实验上的硅光子芯片上的项目的图像。该平台可以为现有的硅光子生态系统添加一个高度通用的接口，以精确传递自由空间发射。
2022-05-21 physics.app-ph physics.optics
A Lateral MOS-Capacitor Enabled ITO Mach-Zehnder Modulator for Beam Steering
在这里，我们实验证明了氧化铟锡（ITO）马赫-曾德尔干涉仪异质集成在硅光子。移相器部分实现在一个新的横向MOS配置，这是由于有利的静电重叠，导致有效的调制（VπL = 63 Vum）。这是通过（i）选择强折射率变化材料（ITO）和（ii）改善由静电场线验证的场重叠来实现的。此外，我们表明，该平台作为端射硅光子光学相控阵列（OPA）中的构建块，波导内具有半波长间距，具有预期的性能，包括窄主波束瓣（<3°）和>10 dB的旁瓣抑制，同时静电操纵发射轮廓高达± 80°，如果进一步设计，不仅可以在LiDAR系统中实现纳秒级快速光束控制能力，还可以在全息显示、自由空间光通信和光开关中实现。
2019-11-01 physics.app-ph physics.optics
Anomalous reflection at the interface of binary synthetic photonic lattices
通过对两个光纤环的光强投影和相位分布的精确调节，在理论上构造了一个具有有效磁场的二元合成光子晶格。通过调节有效波导的相位调制器、波矢和传播常数，可以控制界面的透射率。进一步的光动力学研究表明，当相位分布和波矢满足一定条件时，光脉冲可以实现全反射而无衍射，并在两个光纤环中完全交换光能。该研究为实现光互连和光通信中的光开关提供了一种新的途径。
2021-03-16 physics.optics
CMOS compatible athermal silicon microring resonators
硅光子学有望缓解现代计算系统的带宽瓶颈。但是硅光子器件的基本问题是由于硅的高热光（TO）系数而对环境温度波动高度敏感。迄今为止提出的克服这个问题的大多数方法要么需要显著的功耗，要么采用不兼容CMOS的材料。在这里，我们展示了一类新的光学器件，这是被动的温度补偿的基础上定制的硅波导中的光模式限制。我们展示了硅光子谐振器在大于80度的非常宽的温度范围内的操作。这项工作背后的基本原理可以扩展到其他光子结构，如调制器，路由器，交换机和滤波器。
2009-12-04 physics.optics
Hybrid SiO2/Si Pillar-Based Optomechanical Crystals for On-Chip Photonic Integration
本研究将一维光子晶体柱腔集成到绝缘体上硅平台，通过优化耦合实现高光学品质因子和超过1 MHz的光机械耦合速率，增强了MEMS/NEMS在力传感和生物传感中的可行性。
2025-05-23 physics.optics
Ultra-Efficient DC-gated all-optical graphene switch
全光石墨烯开关的超快响应和宽带吸收是片上光子交换的高度期望的特征。然而，由于石墨烯是原子级薄的材料，其对引导光学模式的吸收相对较低，导致这些器件的高饱和阈值和切换能量。为了提高石墨烯的吸收，我们提出了一个实用的设计，电偏置的全光石墨烯开关，集成到硅槽波导，强烈限制在开槽区域的光模式，并增强其与石墨烯的相互作用。此外，该设计结合了硅板层和氧化物介电层，以通过施加<0.5V的DC电压来电调谐器件的饱和阈值和开关能量。使用该器件，10.3dB的高消光比（ER），<0.7dB的低插入损耗（IL），对于40 μ m长的开关，在0.23V偏压下的超高效开关能量可达79 fJ/bit。该设备的性能指标是非常有前途的，预计将服务于下一代光子计算系统的需求。
2022-08-18 physics.app-ph physics.optics
Anti-chiral edge states based on photonic Floquet lattices
光子Floquet晶格提供了一个很好的平台，用于操纵不同的拓扑保护的边缘状态。然而，在Floquet晶格中，反手征边缘态还没有得到太多的讨论。在这里，我们提出了一种波导结构相结合的两个蜂窝Floquet光子晶格与相反的网站旋转方向。在这种结构中，我们发现反手征边缘态在两个平行的体边缘上具有相同的传输方向。随着两个子晶格在一个方向上的调制相位差的增加，带隙的宽度变得更小，边缘态的鲁棒性变得更弱。有趣的是，传输速度也由相位差控制。这些结果除了与Floquet晶格系统的拓扑性质有关外，还可应用于多通道光开关、光功能器件等领域。
2023-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of Co-propagating Chiral Zero Modes in Magnetic Photonic Crystals
本文首次在含有一对理想Weyl点的磁光子晶体中，通过调控结构构型产生相反方向赝磁场，实验实现了具有相同群速度的共传播手性零模，为拓扑波操控和光波导、光开关等应用开辟新途径。
2024-07-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
