Silicon graphene waveguide tunable broadband microwave photonics phase shifter
提出了一种基于集成环形腔的可调谐宽带微波光子移相器。数值计算结果表明，在40 GHz的带宽和全360度的射频相移与0.12伏的适度的电压漂移的宽带操作的可行性。
2013-12-26 physics.optics
Ultralow-Crosstalk Silicon Electro-Optic Switch with Cascaded Phase Shifters for Loss Equivalence
针对硅电光MZI开关因臂间光束不平衡导致串扰受限的问题，提出级联轻掺杂长移相器与重掺杂短移相器的移相臂结构，实现超低串扰与损耗等效，为高基数交换结构提供支持。
2024-11-27 physics.app-ph physics.optics
Thermo-optic phase shifter based on hydrogen-doped indium oxide microheater
热光（TO）移相器是大规模有源硅光子集成电路（PIC）中非常基本的单元。然而，由于微加热器材料的限制，在加热效率和吸收损耗之间进行权衡，到目前为止报道的设计通常遭受响应时间慢，功耗高，成品率低等问题。优化的电子浓度和增强的迁移率赋予IHO高导电性以及高近红外（NIR）透明度，这允许其直接接触硅波导而无需任何绝缘层，以实现高效调谐和快速响应。TO移相器的响应时间为970 ns/980 ns，π相移功耗为9.6 mW。IHO微加热器引入的插入损耗约为0.5 dB。所提出的基于IHO的微加热器与兼容的加工技术说明了这种材料在大规模硅PIC应用中的巨大潜力。
2023-01-02 physics.app-ph physics.optics
Broadband silicon photonic phase shifters driven by gradient optical forces
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
研究基于梯度光学力的宽带全光硅基光子移相器，利用狭缝模式波导与亚波长光栅实现，通过泵浦光束共传播实现全光相位偏移，低功率且与低温量子平台兼容，避免电连接与吸收损耗。
2026-07-10 physics.app-ph physics.optics
Brillouin-based phase shifter in a silicon waveguide
集成硅微波光子学在微波移相器元件方面提供了巨大的潜力，并承诺紧凑和可扩展的多元件芯片，不受电磁干扰。受激布里渊散射最近在硅中得到了证实，由于其固有的灵活性，它是一种特别强大的方法来诱导相移，提供了光学可控和选择性相移。然而，迄今为止，仅实现了中等量的布里渊增益，并且理论上这将把相移限制在几十度，显著小于所需的360度。在这里，我们克服了这个限制与相位增强方法使用RF干涉，显示了360度的宽带移相器的基础上布里渊散射在悬浮硅波导。我们使用25的相位增强因子在15 GHz的带宽上实现了全360度相移，从而使波束形成和其他应用的实用宽带布里渊移相器成为可能。
2019-11-06 physics.optics
Scalable and ultralow power silicon photonic two-dimensional phased array
基于光子集成电路的光学相控阵（PIC-OPA）结合了平面光学和自由空间光学的优点，是一种很有前途的可编程处理器和空间光调制器。它们在硅光子平台中的实现特别富有成效。尽管在这一领域取得了很大进展，证明可操纵的二维（2D）OPA可扩展到大量的阵列元件，并与一个单一的波长操作已被证明是一个挑战。此外，在阵列中用于编程远场波束的移相器要么是耗电的，要么具有大的占地面积，从而阻止了大规模2D阵列的实现。在这里，我们展示了一个二维硅光子相控阵高速（~330 KHz）和超低功耗微谐振器移相器与紧凑的半径（~3 μm）和2π相移能力。每个移相器平均消耗约250 μW的静态功率用于谐振对准，消耗约50 μW的功率用于远场波束成形。这样的PIC-OPA设备可以实现新一代紧凑且可扩展的低功率处理器和传感器。
2023-01-23 physics.app-ph physics.optics
Large-Scale Crosstalk-Corrected Thermo-Optic Phase Shifter Arrays in Silicon Photonics
针对大规模高密度光子集成电路，提出了一种热光移相器（TOPS）阵列结构，每个移相器具有独立的相位控制，并采用脉冲幅度调制（PAM）和脉冲宽度调制（PWM）两种不同的控制方案。我们实现了一个紧凑的螺旋TOPS和288元素的高密度行-列TOPS阵列与这种架构和驱动TOPS与两种控制方案和不同的阵列尺寸的波形。我们提出了一个热激励模型和基于有限差分法的模拟来模拟大规模的TOPS阵列和比较两种方案的实验和理论。我们还分析了热串扰的影响，在实现的TOPS阵列和实现的热串扰校正算法与开发的模型。高密度TOPS阵列架构和热串扰校正算法为在与电压摆幅和带宽受限的电子器件接口的大规模光子集成电路中具有独立相位控制的高密度TOPS阵列铺平了道路。
2022-10-08 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Phase shifting Interferometry and Wavefront Compensation using Liquid Crystal on Silicon (LCOS) Spatial Light Modulator (SLM)
本研究提出一种利用LCOS空间光调制器同时作为移相器和波前补偿器的干涉表面测量新技术，相较机械压电移相测量方案，能有效提升测量速度与测量范围。
2025-06-12 physics.optics
Arbitrary cylindrical vector beam generation enabled by polarization-selective Gouy phase shifter
柱面矢量光束由于其在横截面上具有旋转对称的偏振分布，可以应用于多种光学技术中。产生CVB的常规方法包含冗余干涉仪或需要在不同元件之间切换，因此在包含多个CVB的应用中不方便。在这里，我们提供了一个被动的偏振选择装置，以取代干涉仪和简化生成设置。它是通过基于偏振选择性Gouy相位反转轨道角动量的拓扑荷来实现的。在这个过程中，可调谐的输入光是产生任意拓扑电荷的CVB的唯一条件。为了同时考虑CVB的方位参数和径向参数，我们给出了基本Poincaré球上的标量拉盖尔-高斯光与高阶Poincaré球上的CVB之间的映射关系。该器件极大地简化了CVB的产生，因此在量子和经典光学实验的集成器件中具有潜力。
2021-01-11 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Broadband Sub-λ GHz ITO Plasmonic Mach-Zehnder Modulator on Silicon Photonics
在这里，我们展示了一个光谱宽带，GHz的快速马赫-曾德尔干涉调制器，表现出95 V-μ m的极小VpL，部署一个亚波长短静电可调谐等离子体移相器，基于异质集成的ITO薄膜到硅光子。
2019-12-31 physics.app-ph physics.optics
Dual-Axis Beam-Steering OPA with purely Passive Phase Shifters
本研究提出一种仅靠波长调谐、采用纯无源移相器的硅基多层双轴光束调控OPA，省去光栅耦合器以降低损耗，具备正负相位斜率调控能力，通过边缘出光提升效率，为片上光子系统提供更优的光束调控方案。
2024-11-23 physics.app-ph physics.optics
Silicon Photonics Foundry Fabricated, Slow-Light Enhanced, Low Power Thermal Phase Shifter
本研究利用集成布拉格光栅波导的慢光效应，研制出代工厂制造的低功耗热移相器，搭建了两臂集成该移相器的紧凑型MZI，实现了低驱动电压与低功耗的π相移，验证了性能与插入损耗的权衡关系。
2024-05-17 physics.optics
Efficient, Compact and Low Loss Thermo-Optic Phase Shifter in Silicon
我们设计了一个电阻加热器优化的有效和低损耗的光相位调制在绝缘体上硅（SOI）波导和表征制造的设备。通过使电流垂直于新的脊形波导几何形状流动来实现调制。使用不同的掺杂剂浓度设计电阻分布，以获得局部发热并最大化光模和高温区域之间的重叠，同时最大限度地减少由于自由载流子吸收而导致的光损耗。用CMOS工艺制作了一个61.6微米长的移相器，具有氧化物包层和两个金属层。该器件的相移效率为24.77 +/- 0.43 mW/pi，-3 dB调制带宽为130.0 +/- 5.59 kHz。在8英寸晶圆上测量的21个器件的插入损耗仅为0.23 +/- 0.13 dB。考虑到密集集成光子电路的前景，我们还量化了在标准220 nm SOI平台上隔离热光器件所需的分离。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-volatile hybrid optical phase shifter driven by a ferroelectric transistor
本研究利用源极跟随模式铁电晶体管驱动III-V/Si混合MOS移相器，制备出CMOS兼容、多态、低能耗的非易失性光学移相器，还提出交叉阵列架构简化大规模PIC控制，为新型计算用可编程PIC奠定基础。
2023-10-10 physics.app-ph physics.optics
On-chip Optical Phase Monitoring in Multi-Transverse-Mode Integrated Silicon-based Optical Processors
我们设计了一个多横模光处理器（MTMOP）220 nm厚的硅光子利用前两个准横电模式（TE 0和TE 1）。目的是测量编程光学处理器所需的光学相位，而不使用传统的光学相位检测技术（例如，相干检测）。在所提出的设计中，我们使用了一种新颖但简单的构建块，将光相位转换为光功率。模式TE 0承载主光信号，而模式TE 1用于编程目的。MTMOP操作依赖于通过模式敏感移相器传播的TE 0和TE 1的群速度不同的事实。非平衡马赫-曾德尔干涉仪（MZI）由两个臂上的模式敏感和模式不敏感移相器组成。我们设置移相器的偏置，使得在两个臂中传播的TE 0相长干涉，而对于TE 1则不是这种情况。因此，我们通过测量TE 1的光功率的变化来检测施加到TE 0的相移。据我们所知，这个设计是第一次尝试实现一个可编程的光学处理器，完全集成的编程单元，利用多模硅光子。
2022-05-20 physics.optics
Photon Management for Silicon Solar Cells featuring Hole-Selective Molybdenum Oxide Rear Contacts: An Optical Simulation Study
钝化的空穴选择性接触在通过降低太阳能电池背面中的电子浓度来减少表面复合方面起重要作用。然而，这些接触中的寄生光学损耗仍然会限制电池的性能。在这项工作中，长波长的光损耗的硅太阳能电池具有空穴选择性氧化钼（MoOx）后接触的光学模拟研究。这些选择性接触的可能增强的光生电流密度的潜力也进行了研究，其与纳米结构的介电层的使用。
2019-07-15 physics.app-ph 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
Breaking the Baud Rate Ceiling of Electro-Optic Modulators Using Optical Equalization Technique
本文提出一种光学均衡技术，利用双驱动马赫-曾德尔调制器部分抵消响应降低信号升降时间，无需DSP即将硅调制器OOK速率提升至128 Gbaud，突破波特率上限并有望达到200 Gbaud以上。
2023-12-22 physics.app-ph physics.optics
Broadband three-mode converter and multiplexer based on cascaded symmetric Y-junctions and subwavelength engineered MMI and phase shifters
本文提出一种基于多模干涉耦合器、无源移相器和级联对称Y结的三模架构，利用亚波长光栅超材料克服带宽限制，实现了161 nm带宽且低损耗低串扰的片上模式转换与复用。
2023-01-27 physics.optics
Near-visible low power tuning of nematic-liquid crystal integrated silicon nitride ring resonator
本研究将向列液晶集成到氮化硅环形谐振器中，实现了780 nm波长下低功耗（2.1 nW）和低电压（7 V）的2π相位调制，为紧凑型量子光学和LiDAR应用提供了高效移相方案。
2025-06-18 physics.optics
Size-Selective Optical Printing of Silicon Nanoparticles through Their Dipolar Magnetic Resonance
硅纳米颗粒具有独特的尺寸依赖性的光学性质，由于其在可见光范围内的强的电和磁共振。然而，与其他（例如金属）纳米颗粒相比，它们的广泛应用受到限制，因为它们在单分散胶体上的制备仍然具有挑战性。利用纳米和微型器件中Si纳米颗粒的独特性质，需要能够以纳米精度将它们从胶体悬浮液中分选和组织到固体基底的特定位置上的方法。在这里，我们证明了预定义的和窄的（$σ$ < 10 nm）尺寸范围的无表面活性剂的硅纳米粒子可以通过从多分散胶体悬浮液的光学印刷选择性地固定在基板上。尺寸选择性是基于可以通过将光波长调谐到纳米颗粒的尺寸依赖性磁偶极共振而施加在不同尺寸的纳米颗粒上的差分光学力。
2020-05-22 physics.app-ph physics.optics
Ultra-compact nonvolatile phase shifter based on electrically reprogrammable transparent phase change materials
高能效可编程光子集成电路（PIC）是片上经典和量子光学技术的基石。光学移相器构成了实现这些可编程PIC的基本构建块。到目前为止，载波调制和热光效应分别是超快和低损耗移相器的选择现象;然而，一旦电源关闭，它们携带的状态和信息就会丢失-它们是易失性的。这种不稳定性不仅会影响能源效率，因为它们需要恒定的电力供应，而且还会使它们无法应用于新兴的应用，如内存计算。为了规避这一限制，我们引入了一种新的相移机制，利用非易失性折射率调制结构相变的Sb $_{2}$ Se $_{3}$，一种双稳态透明相变材料。在硅基绝缘体上实现了一种零静态功耗电驱动移相器，记录相位调制高达0.09 $π$ / $μ$ m，插入损耗低至0.3 dB/ $π$，并可通过流线型设计进一步提高。我们还开创了一步部分非晶化方案，以提高PCM器件的速度和能效。基于超紧凑型PCM移相器，展示了各种可编程光子器件。
2022-03-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Resonance-Free Light Recycling
无法有效地调谐波导结构的光学特性一直是集成光子系统未来可扩展性的主要障碍之一。在硅光子学中，尽管已经用各种机制实现了动态调谐，但是即使是最有效的热光效应也仅提供$1.86 \times 10^{-4} K^{-1}$的折射率变化。为了增强这种小的变化，已经采用基于谐振器的光再循环以实现高效的调制器、移相器和光开关。然而，谐振增强是以光学带宽、制造公差和系统可扩展性的巨大代价来实现的。在这里，我们展示了一个可扩展的光回收方法的基础上空间模式复用。我们的方法提供了一个${\pm}$ 15纳米的制造公差，在典型的硅谐振器的不可扩展的亚纳米公差形成鲜明对比。我们实验证明光回收高达7通的光学带宽大于100 nm。我们实现了每$π$仅需1.7 mW的高能效热光移相器，功耗降低了8倍以上。
2017-10-08 physics.app-ph physics.optics
Full 3D Model of Modulation Efficiency of Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) Compatible, Submicron, Interleaved Junction Optical Phase Shifters
针对亚微米级绝缘体上硅交错结光学相位调制器，提出严格全三维模型，结合有限元法与FDTD方法求解相关方程，实现调制效率准确预测，验证误差小于10%。
2024-12-02 eess.SP physics.app-ph physics.optics
High-Speed and Energy-Efficient Non-Volatile Silicon Photonic Memory Based on Heterogeneously Integrated Memresonator
本文首次提出将忆阻器与硅光子微环谐振器异质集成为忆阻谐振器，作为非易失性移相器，实现300 ps超快开关、0.15 pJ超低开关能量和12小时保持时间，为光子存内计算和可扩展光子处理器提供新路径。
2023-05-25 cs.ET cs.NE physics.app-ph
Non-redundant optical phased array
光学相控阵（Optical phased array，OPA）是一种很有前途的光束控制器件，广泛应用于光探测和测距（light detection and ranging，LiDAR）、光学投影、自由空间光通信和光开关等领域。然而，以前报道的OPA遭受要么不够小的可分辨点的数量，或复杂的控制要求，由于一个非常大的数量的移相器。这项工作介绍了一种新的阵列配置OPA设备的基础上的非冗余阵列（NRA）的概念。基于这种设计，我们可以实现高分辨率的OPA，其可分辨点数与N2成比例。相比之下，传统的OPA的尺度仅与N。因此，可以在不牺牲可分辨点的数量的情况下实现所需移相器的数量的显著减少。我们首先调查的影响，从理论上考虑阵列布局的自相关函数采用NRA。然后，我们开发了一个基于Costas阵列的硅OPA和实验证明2D波束转向与~19,000可分辨的点，仅使用127个移相器。这对应于OPA在不扫描波长的情况下达到的最大数量的可分辨点。
2021-08-22 physics.app-ph physics.optics
Zero-change foundry compatible silicon photonics MEMS optical switch
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
该研究开发了一种零改动晶圆厂兼容的硅光子学MEMS光开关，在C波段消光比超30 dB、插入损耗小于1.5 dB，可与标准硅光子元件无缝配合，适用于高性能光互连场景。
2026-08-05 physics.app-ph physics.optics
A Multi-layered GaGeTe Electro-Optic Device Integrated in Silicon Photonics
电可调器件对光子集成电路的关键功能有重要贡献。在这里，我们展示了基于混合集成的多层各向异性GaGeTe的硅微环谐振器（Si-MRR）的光学折射率的调谐。在静态偏置和横电极化下，器件呈现线性谐振位移，而没有任何幅度调制。然而，对于横磁（TM）极化，振幅和相位调制观察。TE偏振的相应波长偏移和半波电压长度乘积（V_π.l）分别为1.78 pm/V和0.9。V.cm这些值对于TM偏振被增强，并且分别对应于6.65 pm/V和0.28。V.cm还在不同偏压条件下测试了器械的动态射频（RF）响应。值得注意的是，该器件在0 V和7 V偏压下分别具有1.6 MHz和2.1 MHz的响应。基于这些发现，2D GaGeTe在硅光子学平台上的集成对于下一代集成光子学应用（如开关和移相器）具有巨大的潜力。
2022-12-03 physics.app-ph physics.optics
Fine-Resolution Silicon Photonic Wavelength-Selective Switch Using Hybrid Multimode Racetrack Resonators
本文提出利用混合多模跑道谐振器在硅光子芯片上实现精细分辨率波长选择开关，通过损耗建模和二阶滤波器级联构建1x7 WSS，实现10 GHz通道间隔下串扰低于-25 dB的低损耗多通道操作。
2023-09-29 physics.app-ph physics.optics
Novel layout for reflective arrayed waveguide gratings based on Sagnac loop reflectors with custom spectral response
本文提出了一种新型的反射式阵列波导光栅版图。该器件由常规AWG的一半组成，阵列中的每个臂波导端接移相器和Sagnac环形反射器。推导了描述和设计该器件光谱响应的理论模型。通过单独调整每个臂中的移相器和Sagnac反射率，这种布局允许定制AWG的光谱响应。提供了具有高斯和平坦响应的绝缘体上硅AWG器件的设计案例。
2014-02-18 physics.optics
Selective tuning of high-Q silicon photonic crystal nanocavities via laser-assisted local oxidation
我们研究了腔谐振调谐的高Q硅光子晶体异质结构的局域激光辅助热氧化使用532 nm的连续波激光聚焦到2.5 mm半径的斑点大小。总位移符合抛物线速率定律。在~ 30 mW激光功率下，调谐范围可达8.7 nm。在此调谐范围内，腔Q从3.2 \times 10 ^5减小到1.2 \times 10 ^5。数值模拟模拟了硅光子晶体薄膜中的温度分布以及氧化引起的谐振腔位移。
2011-06-03 physics.optics
Electrically-driven Acousto-optics and Broadband Non-reciprocity in Silicon Photonics
基于光子和声子之间可定制的相互作用的新兴技术承诺了从高保真微波信号处理到非互易光学和量子态控制的新能力。虽然已经在各种物理系统中研究了这种光-声耦合，但许多实现依赖于非标准材料和制造方案，这些非标准材料和制造方案难以与标准集成光子电路共同实现。值得注意的是，尽管在集成电光调制器方面取得了重大进展，但相关的声光调制器概念在硅光子学中仍然相对未被探索。在这篇文章中，我们演示了直接声光调制硅波导内使用电驱动表面声波（SAW）。通过将SAW换能器集成在具有标准绝缘体上硅光子平台的压电AlN中，我们利用硅的强弹光效应来调解线性光-声耦合。通过光刻设计，声光相位和单边带幅度调制器在1-5 GHz的范围内制造，表现出与现有的电光技术相媲美的折射率调制强度。将这种行波声光相互作用扩展到厘米级，我们在硅中创建了电驱动的非互易调制器。非互易工作带宽>100 GHz，插入损耗<0.6 dB。基于这些结果，我们表明，一个强大的声光隔离器所必需的单位效率的非互易调制，是触手可及的。声光调制器设计与CMOS制造和现有的硅光子器件技术兼容。这些结果代表了一种有前途的新方法，实现紧凑和可扩展的声光调制器，移频器，和非磁性光隔离器和环行器的集成光子电路。
2020-04-02 physics.app-ph physics.optics
Design and simulation of highly selective graphene-silicon nitride integrated dual-mode electro-absorption modulators
Nanophotonics Technology Center, Universitat Politècnica de València（纳米光子技术中心，巴伦西亚理工大学）
本文设计并仿真了一种基于石墨烯-氮化硅的高选择性双模电吸收调制器，通过调节费米能级实现TE0和TE1模式独立调制，能耗低，调制深度高，适用于模分复用系统。
2026-09-11 physics.app-ph physics.optics
A Segmented Heater-Driven, Low-Loss, Reconfigurable Photonic Phase-Change Material-Based Phase Shifter
INSA Lyon, Ecole Centrale de Lyon, CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, CPE Lyon, INL（里昂国立应用科学学院，里昂中央理工学院，法国国家科学研究中心，里昂第一大学，里昂高等化学物理学院，法国国家科学研究中心纳米科技研究所）；Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, Grenoble INP, CROMA（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，萨瓦勃朗峰大学，法国国家科学研究中心，格勒诺布尔理工学院）；CEA-LETI（法国原子能和替代能源委员会技术研究所）
本研究提出了一种基于分段加热器的低损耗、可重构光子相变材料相移器，通过非均匀加热实现多级相位调控，插入损耗低至0.6 dB。
2025-12-21 physics.optics
A single-step lithography process for reconfigurable SiN photonics with TiN heaters and Al interconnects
Fondazione Bruno Kessler（布鲁诺·孔斯特勒基金会）；University of Trento（特伦托大学）
提出单步光刻工艺集成TiN热光移相器和Al互连于SiN平台，实现低功耗、CMOS兼容的可重构光子学。
2026-06-09 physics.optics
GHz-rate optical phase shift in light matter interaction-engineered, silicon-ferroelectric nematic liquid crystals
本文在铁电向列液晶中实现GHz级快速相移，避免极化问题并兼容CMOS代工，报道了直流/交流调制效率、插入损耗及电光带宽等关键性能。
2025-02-08 physics.app-ph physics.optics
Programmable Photonic Circuit for Optical Logic Operations and 2-Bit Decoding
Kanazawa University（金泽大学）
该研究提出了一种可编程光子电路，通过调节相移器实现任意N×N单位ary变换，并用于光学逻辑运算和2位解码。
2026-02-20 physics.optics
Single-Chip Silicon Photonic Processor for Analog Optical and Microwave Signals
本文提出首个基于硅光子电路的全片上信号处理器，可生成、检测并编程模拟光与射频信号，集成调制器、滤波器、探测器及可调激光器，为紧凑微波光子学迈出关键一步。
2023-11-15 physics.app-ph physics.optics
Selective Purcell enhancement of two closely linked zero-phonon transitions of a silicon carbide color center
碳化硅中的点缺陷正迅速成为单光子产生、量子传感和量子信息科学的一个非常感兴趣的平台。光子晶体腔（PCC）可以作为一个有效的光-物质界面，既可以增加缺陷发射，又可以帮助研究缺陷的性质。在这项工作中，我们制作一维纳米梁PCCs在4 H-碳化硅与嵌入式硅空位中心。这些腔被用来实现Purcell增强的两个紧密间隔的缺陷零声子线（ZPL）。使用多种技术测量>80倍的增强。此外，腔耦合到不同的ZPL的性质进行检查。
2016-09-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
0.52 V-mm ITO-based Mach-Zehnder Modulator in Silicon Photonics
电光调制器将电子信号转换到光域，并且是现代电信网络、RF光子学以及量子光子学和光束转向中的新兴应用中的关键组件。所有这些应用都需要集成式高电压效率调制器解决方案，这些解决方案具有紧凑的外形，可与硅光子平台无缝集成，并具有近CMOS材料处理协同效应。然而，现有的集成调制器面临满足这些要求的挑战。相反，新兴的电光材料与Si光子异质集成为器件工程开辟了新的途径。铟锡氧化物（ITO）是一种用于在Si中异质集成的引人注目的材料，其表现出强大的电光效应，其特征在于在电信频率下的单位阶指数。在这里，我们克服了这些限制，并展示了基于马赫曾德尔干涉仪（MZI）的单片集成ITO电光调制器，其特征在于高性能半波电压和有源器件长度乘积VpL = 0.52 V-mm。单位强折射率变化如何使30微米短的π移相器在远离ε承载的折射率主导区域中操作ITO，零ENZ点。该器件通过实验证实了ITO中的电相移，使其能够用于多方面的应用，包括密集的片上通信网络、光子神经网络中激活函数的非线性以及LiDAR的相控阵应用。
2018-08-16 physics.app-ph physics.optics
Silicon photonic modulator circuit with programmable intensity and phase modulation response
本文提出一种电路级可编程硅光子调制器，可同时实现强度和相位调制，利用载流子耗尽和SiGe电吸收机制，实验证明其控制与优化能力超越传统设计，并支持自校准，适用于光通信、激光雷达等领域。
2025-02-27 physics.app-ph physics.optics
Recent Advancements in Mode Division Multiplexing for Communication and Computation in Silicon Photonics
本文综述硅光子MDM在通信与光计算中的进展，并给出兼容标准220 nm工艺、覆盖多种关键器件的经典与逆向设计组件库。
2024-04-04 physics.app-ph physics.optics
Cryogenic thermo-optic response of low-loss phase change material for non-volatile photonic phase shifter
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；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）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本研究首次在4K至300K范围内表征了集成在硅光子平台上的Sb2Se3相变材料，发现其热光系数随冷却减小而光学衰减变化微弱，且材料在热循环下稳定，为低温非易失性光子存储提供了关键参数。
2026-09-22 physics.optics
Coupling-controlled Dual ITO Layer Electro-Optic Modulator in Silicon Photonics
电光信号调制在现代技术和信息网络中提供关键功能。光子集成不仅能够实现光子组件的封装，而且由于共同设计解决了电气和光学器件规则，还提供了性能改进。然而，许多晶圆级光子电光调制器的毫米到厘米的大覆盖区显著地限制了缩放密度。此外，调制器具有基本的频率响应与能量敏感折衷，这是可以用基于耦合的调制器克服的限制，其中时间响应速度与光学腔光寿命解耦。因此，对谐振器的耦合效应被调制，而不是调谐谐振器本身的折射率。然而，硅的弱电光响应限制了这种耦合调制器的性能，因为波导总线和微波谐振器的微米短重叠区域不足以引起信号调制。为了解决这些限制，在这里，我们展示了一个耦合控制的电光调制器，通过异质性集成的双栅氧化铟锡（ITO）移相器放置在硅微环总线耦合器区域。我们的实验调制器显示约4dB的谐振消光比，约1.5dB的非谐振，低插入损耗为0.15 dB的一个只有4 μm短的设备，展示了一个紧凑的高10：1的调制损耗比。总之，我们展示了一种耦合调制器，使用强折射率可变材料，使紧凑和高性能的调制器，使用半导体铸造附近的材料。
2018-12-30 physics.app-ph physics.optics
Heterogeneously Integrated ITO Plasmonic Mach-Zehnder Interferometric Modulator on SOI
密集集成的有源光子学是下一代片上网络解决占地面积和能源预算问题的关键。然而，在传统的有源硅光电子学中，弱的光-物质相互作用要求相当大的器件长度。理想的活性材料选择应该有利于高折射率调制，同时易于集成到硅光子平台中。氧化铟锡（ITO）提供了这样的功能，并且最近显示出有希望的调制能力。有趣的是，ITO的纳米薄单位强折射率调制协同地将混合等离子体中的高基团折射率与纳米级光学模式相结合。按照这种设计模式，在这里，我们展示了一个光谱宽带，GHz的快速马赫-曾德尔干涉调制器，表现出高效率的95 Vum的极小VpL表示，部署一个一微米的紧凑型静电可调谐等离子体移相器，基于异质集成到硅光子学的ITO薄膜。此外，我们表明，这种设备的范例，使整个电信近红外C波段的光谱宽带操作。这种单片集成到硅平台中的亚波长短高效快速调制器为高密度光子电路开辟了新的可能性，这对于光子神经网络的高互连密度或例如GHz快速光学相控阵中的应用至关重要。
2020-12-23 physics.app-ph physics.optics
Selective tuning of optical modes in a silicon comb-like photonic crystal cavity
实现大自由光谱范围的多谐振光子晶体腔是实现频率转换、四波混频、参量振荡等高效非线性响应集成器件的关键。由于腔模式对制造无序的敏感性，该任务通常是困难的，这使得即使在理论上预测完美匹配时也难以可靠地实现等间隔模式的梳状光谱。在这里，我们表明，梳状光谱高达8个模式具有非常高的品质因数和衍射限制的体积可以工程的双色型的潜力的二维光子晶体腔中制造的薄硅膜。为了应对在频率间隔和谐振线宽方面的紧公差，我们开发了一种永久的后处理技术，允许选择性地调整各个受限模式，从而实现了几乎完美的频率匹配的高Q谐振与记录精细硅微谐振器。我们的实验结果是非常有前途的超低功率硅非线性光子学。
2020-04-07 cond-mat.other physics.optics
"Zero change" platform for monolithic back-end-of-line integration of phase change materials in silicon photonics
提出“零改动”后端集成平台，通过氮化硅刻蚀停止层和氧化物沟槽集成相变材料，实现零静态功耗调谐，显著降低开关功耗并支持多位强度调制。
2023-08-30 physics.app-ph physics.optics
Scalable optical neural network with nonlocally coupled coherent photonic processor
The University of Tokyo（东京大学）；Toyota Technological Institute（名古屋工业大学）
本研究提出一种基于非局部耦合的可扩展光学神经网络，利用硅光芯片实现高效能的矩阵-向量乘法，突破传统光子架构的可扩展性限制。
2026-03-07 physics.optics
Electric Field-Induced Second Order Nonlinear Optical Effects in Silicon Waveguides
对硅平台内的非线性效应以支持需要纯相位调制、倍频和/或差频生成的光子电路的需求正变得越来越清楚。然而，硅晶体的对称性抑制了二阶光学非线性极化率$χ^{(2)}$。在这里，我们表明，晶体对称性被打破时，直流电场是存在的，诱导一个$χ^{(2)}$在硅波导，这是成比例的大$χ^{(3)}$的硅。首先，马赫-曾德尔干涉仪使用的直流克尔效应的光移相器在硅脊波导与p-i-n结的演示与$2.4Vcm$的$V_πL$在电信波段$(λ_ω=1.58μm)$，而无需掺杂的硅芯。第二，当直流场和$χ^{(2)}$的大小、空间分布由p-i-n结控制时，硅脊波导中的泵浦模和二次谐波模准相位匹配。利用这些波导，在1 mm长的波导中，在$λ_ω=2.29μm$处观察到多个泵浦波长的二次谐波产生，最大效率为$P_{2ω}/P_ω^2$ =12%/W。这对应于场诱导的$χ^{(2)}=41pm/V$，与非中心对称介质（LiNbO 3、GaAs、GAN）相当。场致非线性硅光子学将导致一类新的CMOS兼容的集成器件，从近红外到中红外光谱。
2016-03-15 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
Modeling Silicon-Photonic Neural Networks under Uncertainties
Duke University（杜克大学）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
硅光子神经网络（SPNN）与其数字电子对应物相比在计算速度和能量效率方面提供了实质性的改进。然而，SPNN的能量效率和准确性受到制造过程和热变化引起的不确定性的高度影响。在本文中，我们提出了第一个全面的和分层的研究随机不确定性的影响的分类精度的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）为基础的SPNN。我们表明，这种影响可以根据位置和特征（例如，调谐相位角）。仿真结果表明，在一个SPNN与两个隐藏层和1374可调热移相器，随机不确定性，即使在成熟的制造工艺可能会导致灾难性的70%的精度损失。
2020-12-19 cs.ET cs.LG physics.optics
Integrated Photonic Programmable Random Matrix Generator with Minimal Active Components
本研究针对现有光子随机矩阵生成方案结构复杂、需大量移相器的问题，提出由交错的可编程相位调制层与固定混频算子构成的紧凑光子电路，仅用两个随机相位层即可生成白噪声输出，经硅光子实验验证，为光子信息处理与数据加密提供实用方案。
2025-01-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Development of a Selective Wet-Chemical Etchant for 3D Structuring of Silicon via Nonlinear Laser Lithography
本文开发了一种基于硝酸铜的无铬选择性湿化学刻蚀剂，用于在晶体硅亚表面激光加工后揭示光滑三维结构，其对激光改性硅的选择性超过未改性硅1600倍，并结合密度泛函理论解释了刻蚀机理。
2023-08-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Experimental demonstration of photonic phase correctors based on grating coupler arrays and thermo-optic shifters
针对大气湍流限制地基天文单模光纤光耦合的问题，提出一种含光栅耦合器阵列与热光移相器的绝缘体上硅光子芯片相位校正器，经AO测试台实验验证其性能与仿真结果可比。
2024-08-14 astro-ph.IM physics.optics
