Ultrafast tuneable optical delay line based on indirect photonic transitions
我们介绍了一个间接的光子跃迁的概念,并展示了它在动态延迟线中的使用,以改变光脉冲的群速度。在超快的时间尺度上操作,我们表现出连续可调延迟高达20 ps,使用慢光光子晶体波导只有300 $μ$米的长度。我们的方法是灵活的,在一个脉冲流中的各个脉冲可以独立控制,我们证明了由30 ps的脉冲分离操作。两步间接过渡在这里展示了30%的转换效率。
2012-11-28 physics.optics
All-optical octave-broad ultrafast switching of Si woodpile photonic band gap crystals
我们提出了超快全光开关测量的硅木堆光子带隙晶体。晶体在空间上被均匀地激发,并通过测量作为时间函数的频率(包括电信范围)上的倍频程的反射率来探测。在300 fs之后,由于光激发的自由载流子,完整的阻带已经偏移到更高的频率。切换状态以18 ps的时间常数快速弛豫。本文对有限长光子晶体的光谱开关进行了定量的理论分析。折射率的诱导变化很好地描述了一个德鲁德模型与载流子弛豫时间为10 fs。简要讨论了光子晶体腔高重复频率开关的可能应用。
2007-12-13 physics.optics
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
Antiresonances and Ultrafast Resonances in a Twin Photonic Oscillator
本文研究了双耦合半导体激光器破缺锁相态的小信号调制响应特性。这些模式的扩展的稳定性和变化的不对称性允许引入一组丰富的有趣的调制响应特征,例如尖锐的谐振和反谐振以及在超过自由运行弛豫频率几个数量级的非常高的频率下的有效调制。
2018-08-11 physics.optics
Advancing Fourier: space-time concepts in ultrafast optics, imaging and photonic neural networks
傅立叶光学的概念是由Pierre-Michel Duffieux于20世纪40年代在法国建立的,并为法国研究界的一系列广泛活动奠定了基础,这些活动几乎涉及当代光学和光子学的各个方面。在本文中,我们回顾了一系列结果,其中傅立叶变换和传递函数在光学中的应用已被应用于光学领域的意外领域,包括复杂激光束的振幅和相位的空间整形,实时超快测量,新型鬼成像技术,以及光子人工智能并行处理方法的发展。
2019-11-04 physics.optics
Measuring the true quality factor of an ultrafast photonic microcavity: homogeneous versus inhomogeneous broadening
利用自相关器测量了超快光子腔的光子存储时间和品质因数。该腔由$λ$厚的GaAs层夹在GaAs/AlAs分布布拉格反射器之间组成,并在985 nm波长处谐振。用白光反射率测量的反向相对线宽为830,而从时间分辨测量获得的品质因数为1500。光子在腔中的存储时间为0.78ps。我们发现,品质因数和相对线宽的倒数之间的差异的结果,由于在腔层的空间梯度的微腔共振的非均匀加宽。
2009-06-11 physics.optics
Ultrafast perturbation maps as a quantitative tool for testing of multi-port photonic devices
先进的光子探测技术对光子芯片非接触式测试技术的发展具有重要意义。超快光调制技术是一种通过扫描微扰实现光子器件远程成像的新技术。在这里,我们通过一个通用的和严格的方法的基础上洛伦兹互易性,允许预测的透射率扰动映射为任意线性光子系统的高精度和最小的计算成本的光调制映射到一个定量的技术。各种光学多模干涉器件的预测图和实验图之间获得了极好的一致性,从而允许将测试中的器件与理想设计结构的物理模型进行直接比较。超快微扰映射技术不仅为光子学制造中的光学测试提供了一条很有前途的途径,而且还可以用于具有可重构功能的光子结构的设计优化。
2018-06-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic spike processing: ultrafast laser neurons and an integrated photonic network
两个充满活力的领域-光子学和神经形态处理-的婚姻从根本上是由生物神经元和激光的动力学之间的基础物理学中的强类比实现的,两者都可以在非线性动力系统理论的框架内理解。神经形态工程利用神经元计算算法的生物物理学来提供广泛的计算和信号处理应用,而光子学通过利用光子互连的高速度、高带宽和低串扰来提供神经形态系统的替代方法,光子互连潜在地授予复杂、超快分类和决策的能力。在这里,我们强调了这个令人兴奋的领域的一些最新进展。
2014-07-08 cs.ET physics.optics q-bio.NC
Three-Dimensional Mid-Infrared Photonics: Recent Progress in Ultrafast Laser Writing of Waveguides
我们在这里介绍我们的最新进展,在三维(3D)直接激光写入(DLW)的阶梯折射率核心波导内的各种技术相关的介电基板,特别强调DLW中红外波导在这些材料的整个透明度范围内的演示。
2012-06-07 astro-ph.IM physics.optics
Lithium niobate quadratic integrated nonlinear photonics: enabling ultra-wide bandwidth and ultrafast photonic engines
City University of New York(纽约市立大学);Nokia Bell Labs(诺基亚贝尔实验室)
本文探讨了铌酸锂二次非线性光子学在实现超宽带和超快光子引擎中的应用,提出多种策略以提升光子源的性能和适用性。
2026-02-09 physics.optics
Expanding detection bandwidth via a photonic reservoir for ultrafast optical sensing
针对传统探测器带宽限制超快信号检测的问题,提出基于光子储备池时空编码的神经形态光子处理方法,在片上硅光子储备池中实现超八倍有效带宽扩展,为高速信号处理提供可扩展平台。
2025-10-12 cs.ET physics.optics
Radically Tunable Ultrafast Photonic Oscillators via Differential Pumping
我们提出了一个极其可调的光子振荡器的极限环的可控性能力,由两个耦合的半导体激光器。我们表明,该系统支持稳定的极限环的频率范围从几个到一百多GHz的两个激光器的振荡之间的不对称程度有很大的变化,其特征在于。这些动力学特征是直接可控的,通过差分泵浦以及光频率失谐的两个激光器,这表明一个多功能的振荡器芯片级的射频光子学应用。
2019-11-11 nlin.CD physics.optics
Reprogrammable plasmonic topological insulators with ultrafast control
拓扑光子学的出现彻底改变了人们对光传播的理解,但目前的研究大多集中在静态光子结构的设计上。开发一个动态的光子拓扑平台,以超快的速度切换多种拓扑功能仍然是一个巨大的挑战。在这里,我们展示了一种超快可重编程等离子体拓扑绝缘体,其中拓扑传播路径可以在纳秒级的开关时间,即超过10^7倍的速度比目前最先进的动态转向。这种数量级的改进是通过使用超快电子开关以创新的方式实现可编程性。由于灵活的可编程性,许多现有的光子拓扑功能可以集成到这个敏捷的拓扑平台。我们的工作将当前光子拓扑绝缘体的研究带入了数字化和智能化时代,这将推动具有内置拓扑保护的智能和超快光电器件的发展。
2020-12-26 physics.app-ph physics.optics
Bridging the gap between ultrafast optics and resonant photonics via omni-resonance
本文提出“全共振”方法,通过引入角色散使超快脉冲整个带宽耦合到单个腔共振,实现腔内峰值强度提升,为非线性光学效应的宽带共振增强铺平道路。
2025-10-13 physics.optics
Ultrafast photonic rainbow with controllable orbital angular momentum
增加光束的任意自由度,都有可能拓宽这种特殊光束的应用领域。具有轨道角动量维的涡旋光束作为一种有用的光源在许多领域得到了广泛的应用。利用级联四波混频(CFWM)在钇铝石榴石(YAG)板中首次产生了具有可控轨道角动量的同心超快涡旋光束(MUCU-VB),又称超快光子彩虹。同时产生多达9个同心环形超快涡旋边带。通过改变两束泵浦光的拓扑荷,可以控制边带的拓扑荷,测量了边带的拓扑荷,并与理论分析进行了比较。这种新型的MUCU-VB可以同时在时间、空间、光谱和OAM状态下进行操作,这为涡旋光束提供了多个新的自由度,在双光子泵浦探测实验、微粒子的同步操作和探测以及光通信等方面具有广泛而特殊的应用前景。此外,超快边带的特殊聚焦特性,如不同波长的多焦点,可能会进一步扩展其应用范围。
2021-10-14 physics.optics
Ultrafast coherent dynamics of a photonic crystal all-optical switch
我们提出了一种基于纳米腔的全光光子晶体开关的泵浦-探测测量,解决了快速相干时间动力学。测量结果表明,在考虑纳米腔动力学时,通常忽略了相干效应的重要性。特别是,我们报告观察到的闲置脉冲。测量结果与理论模型吻合良好,该模型使我们能够将观察结果归因于纳米腔中自由载流子种群的振荡。这种效应为实现具有前所未有的开关对比度的新型全光光子晶体开关开辟了前景。
2016-04-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Partial nonlinear reciprocity breaking through ultrafast dynamics in a random photonic medium
我们证明了超快非线性动力学在随机光子介质中引起互易破缺。通过抑制相干后向散射观察到互易性破缺,这是光的弱局域化的表现。观察到的效果,在一个泵探测配置,其中泵诱导超快的阶跃变化的折射率在材料中的探测光的停留时间。多重散射蒙特卡罗模拟很好地再现了相干后向散射的动力学抑制。超快倒易破缺为非线性光学介质提供了一种独特的机制,为介观输运、随机激光和光子局域化的主动操纵开辟了途径。
2012-05-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast optical switching of three-dimensional Si inverse opal photonic band gap crystals
我们提出了超快光开关的三维光子带隙晶体的实验。通过双光子过程光学激发自由载流子来实现Si反蛋白石的切换。我们探测反射率在二阶布拉格衍射的频率范围内的光子带隙的预测。我们发现良好的实验切换条件之间的0.3和0.7倍的光学频率的自由载流子等离子体频率:我们因此观察到一个大的频率偏移高达D Ω/Ω = 1.5%的所有光谱特征,包括对应于光子带隙的峰值。我们推导出相应的大的折射率变化Dn '_Si/n'_Si= 2.0%和诱导吸收长度大于样品厚度。我们观察到一个快速的衰减时间为21 ps,这意味着开关可能会重复GHz的速率。这种高开关速率与未来的开关和调制应用有关。
2007-09-19 physics.optics
Identification of competing ultrafast all-optical switching mechanisms in Si woodpile photonic crystals
本文利用宽带可调谐非简并泵浦-探测光谱系统地研究了硅光子带隙木堆晶体的超快全光开关。在泵浦-探测符合条件下,我们研究了在很宽的泵浦和探测频率范围内,在阻带蓝边的微分反射率的行为。在符合条件下,从探测光谱中观察到色散和吸收特征。随着泵浦频率被调谐通过Si的电子带隙的一半,这两个特征的幅度增加。我们首次明确地将这种色散效应与光子晶体中的电子克尔效应联系起来,并将这种吸收特性归因于非简并双光子吸收。提取了色散和吸收非线性系数,发现与文献吻合良好。最后,我们提出了一个非简并品质因数(NFOM),它定义了所有非简并光开关过程的开关质量。
2009-04-22 physics.optics
Quantum communication with ultrafast time-bin qubits
光子时间自由度是光纤网络和自由空间信道上量子通信最有前途的平台之一。特别是,光子的时间仓状态对环境干扰具有鲁棒性,支持高速率通信,并且可以用于高维方案。然而,光子时间仓状态的检测仍然是一项具有挑战性的任务,特别是对于处于不同时间仓的叠加中的光子的情况。在这里,我们通过实验证明了皮秒时间仓状态的光,称为超快时间仓,在量子通信中的应用的可行性。由于能够测量具有良好相稳定性的时间仓叠加,我们能够在有效的量子密钥分发协议(如BB84协议)中使用时间状态。
2021-06-17 physics.optics quant-ph
Ultrafast Molecular Spectroscopy Using a Hollow-Core Photonic Crystal Fibre Light Source
首次将填充稀有气体的空芯光子晶体光纤(HC-PCF)作为可调谐紫外光源应用于飞秒泵浦探测光谱。时间分辨光电子成像技术揭示了苯乙烯分子在242-258 nm区域激发后在三个不同时间尺度上的非绝热动力学过程。这些包括S2(pipi*)和S1(pipi*)电子态之间的超快(<100 fs)内部转换以及随后的S1(pipi*)内分子内振动能量重新分布。紧凑、经济高效的台式HC-PCF光源具有巨大的潜力,可以为紫外和真空紫外光谱区域的超快光谱学开辟许多令人兴奋的新途径。我们预计,我们对这一办法的初步确认将在这一领域产生重要的推动力
2018-12-18 physics.chem-ph physics.optics
Photonic kernel machine learning for ultrafast spectral analysis
我们介绍光子内核机,一个超快的频谱分析方案的噪声射频信号从单次拍摄的光强度测量。该方法结合了机器学习的多功能性和光子硬件的速度,以达到前所未有的吞吐率。我们从理论上描述了一些关键的基本原理,然后数值说明了光子晶格为基础的实现达到的性能。我们将该技术应用于皮秒脉冲射频信号,能量谱密度估计和形状分类任务,以及连续信号,频率跟踪任务。所提出的光学计算方案是弹性的噪声,同时需要对光子晶格参数的最小控制,使其易于实现在现实的国家的最先进的光子平台。
2022-02-25 cond-mat.other physics.app-ph physics.comp-ph
Ultrafast programmable Bragg reflection in photonic integrated circuits
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University(哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院);Quantum Science and Engineering, Harvard University(哈佛大学量子科学与工程)
研究基于光子芯片的电信波长可编程分布式布拉格反射器,通过电光诱导折射率对比度形成,实现电压控制布拉格反射及千兆赫兹速度反射率调制,为多领域带来新机遇并建立纳米光子器件新设计策略。
2026-07-17 physics.optics
Phase-change silicon as an ultrafast active photonic platform
相变材料(PCM)具有介于非晶态和晶态之间的独特的光学或电学性质。近年来,它开始在光电显示、动态波前控制、片上光子存储和计算等新兴的光子学应用中发挥关键作用。然而,目前的相变材料在可见光波长下不能有效地吸收,并且会发生变形和分解,限制了可重复性和广泛的可见光波长应用。硅作为电子学和光子学的基础材料,由于其超快的晶化动力学,一直没有被认为是相变材料。在这里,我们展示了一个惊人的事实,纳米硅域可以在纳秒激光脉冲下可逆地结晶和非晶化。对于一个典型的盘谐振器,它也提供了一个25%的非易失性调制在纳秒的时间尺度。我们进一步展示了概念验证实验,这些属性可以实现超高分辨率介电彩色显示和动态可见波前控制。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
WS2 as a saturable absorber for ultrafast photonic applications of mode-locked and Q-switched lasers
该研究制备液相剥离WS2纳米片并嵌入PVA薄膜,验证其1550 nm波段可饱和吸收及在光纤激光器中的稳定锁模与调Q性能。
2014-11-21 physics.optics
Deep Binarized Photonic Reservoir Computing for Ultrafast Multimedia Signal Processing
Université de Lorraine(洛林大学);CentraleSupélec(中央理工-高等电力学院);LMOPS Laboratory(LMOPS实验室);Chaire Photonique(光子学教席)
提出一种基于数字微镜器件超快二进制光学调制、随机介质光学散射、CMOS传感器高速光电探测和时分复用深层结构的深度光子神经网络,在储层计算框架下实现Gb/s级处理速率,并在视频、图像和语音识别等多媒体任务中达到最优性能。
2026-05-28 cs.NE physics.optics
Giant photon-drag-induced ultrafast photocurrent in diamond for nonlinear photonics
本文利用太赫兹发射光谱在CVD金刚石中观察到由光子拖曳效应引起的巨二阶非线性超快光电流,并厘清圆偏振与线偏振贡献,展示了金刚石在片上太赫兹器件中的最高发射效率。
2023-09-21 physics.optics
Ultrafast photochromism and bacteriochromism in one dimensional hybrid plasmonic photonic structures
混合等离子体光子结构将等离子体响应与光子带隙相结合,有望用作光学开关和传感器。在这里,我们展示了两种不同的外部刺激,如激光脉冲和细菌的光学响应在这样的结构的主动调制。首先,我们报告了一个小型化(5 × 5 mm)的氧化铟锡(ITO)光栅采用飞秒激光微加工的制造,我们表明,通过超快光激发在光谱的红外部分调制的光子带隙在可见光的可能性。注意,所展示的频谱调制的皮秒范围内的时间响应具有工业相关性。此外,我们制造了一维光子晶体,其由暴露生物活性银的顶层的溶液处理的电介质布拉格堆叠组成。我们将系统的细菌响应度分配给Ag/细菌界面处的极化电荷,从而引起光子带隙的整体蓝移。
2020-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic Spiking Neural Networks with Highly Efficient Training Protocols for Ultrafast Neuromorphic Computing Systems
光子技术为新型超快、节能和硬件友好的神经形态(类脑)计算平台提供了巨大的前景。此外,基于无处不在的、技术成熟的和低成本的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)(在光纤发射器、移动电话、汽车传感器等中发现的设备)的神经形态光子方法被用于制造和制造电子器件。特别令人感兴趣。鉴于VCSEL已经显示出实现神经元光学尖峰响应(在超快GHz速率下)的能力,已经提出了它们用于基于尖峰的信息处理系统。在这项工作中,脉冲神经网络(SNN)的操作,基于一个硬件友好的光子系统,只有一个垂直腔面发射激光器(VCSEL),同时报告了一种新的二进制权重“重要性”的训练计划,充分利用的SNN使用的光尖峰处理输入信息的离散性。基于VCSEL的光子SNN测试与一个高度复杂的,多变量的,分类任务(MADELON)的性能进行比较之前,使用传统的最小二乘训练方法和替代的新的二进制加权方案。两种训练方法都达到了>94%的出色分类准确率,在处理时间的一小部分内超过了数据集的基准性能。新报告的训练方案还大大降低了训练集大小要求以及训练节点的数量(<总网络节点数的1%)。这种基于VCSEL的光子SNN,与所报道的“显著性”加权方案相结合,因此授予超快的基于尖峰的光学处理,其具有高度降低的训练要求和硬件复杂性,用于未来神经形态系统和人工智能应用中的潜在应用。
2022-11-22 cs.ET physics.optics
Ultrafast Neuromorphic Photonic Image Processing with a VCSEL Neuron
对人工智能(AI)系统不断增长的需求凸显了对新的AI优化硬件的重大需求。神经形态(类脑)处理器是一个非常有前途的解决方案,光子实现越来越受到关注。其中,基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的方法由于其有利的属性和成熟的技术而引起人们的兴趣。在这里,我们展示了一个硬件友好的神经形态光子尖峰处理器,使用一个VCSEL,全光学图像边缘特征检测。这利用了基于VCSEL的光子神经元以高速整合时间编码的像素数据的能力;并在检测到所需的图像特征时发出快速(100 ps长)的光学尖峰。此外,光子系统与软件实现的脉冲神经网络相结合,为复杂的图像分类任务提供了完整的平台。因此,这项工作突出了基于VCSEL的平台的潜力,用于与当前计算和通信系统连接的新型超快全光学神经形态处理器,用于未来的光使能AI和计算机视觉功能。
2021-10-04 cs.ET physics.optics
Ultrafast pulse propagation time-domain dynamics in dispersive one-dimensional photonic waveguides
本文针对色散集成波导中超快脉冲传播的时域性能问题,提出一种优化一维光栅波导结构参数的设计方法,并通过SOI平台实验验证,实现了峰值功率提升2.78倍和脉冲展宽降低24%。
2024-10-18 physics.optics
A photonic complex perceptron for ultrafast data processing
在光子神经网络中,感知器是一个关键的组成部分。在这里,我们描述和展示了一个复值的光子感知器,它结合了时间和空间复用在一个完全无源的硅光子集成电路。输入的时间相关的比特序列被广播到几个延迟线的相对相位是训练的粒子群算法对给定的任务。由于仅训练传播光学模式的相位,因此避免了感知器中由于幅度调制而引起的信号衰减。感知器执行二进制模式识别和高达16 Gbps的几位延迟XOR运算(受所用电子器件的限制),出错率低至$10^{-6}$。感知器是完全集成的,基于硅的,可扩展的,并且可以用作大型神经网络中的构建块。
2021-06-18 cs.ET physics.optics
Light-matter interactions in layered materials and heterostructures: from moiré physics and magneto-optical effects to ultrafast dynamics and hybrid meta-photonics
本文综述了分层二维材料及异质结构中光-物质相互作用的最新进展,涵盖莫尔物理、磁光效应、超快动力学与混合光子集成,并展望其在光电子学和下一代光子器件中的应用潜力。
2024-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear performance of asymmetric coupler based on dual-core photonic crystal fiber: towards sub-nanojoule solitonic ultrafast all-optical switching
在亚纳焦脉冲能级下,利用超快孤子实现了高非线性光子晶体光纤中双芯非对称性的非线性平衡。通过在1500 nm和1800 nm之间的不同波长下选择性地激发和监测单个光纤芯,实验研究了光纤不对称性的影响。基于耦合广义非线性薛定谔方程的数值模拟结果表明,在快芯激发条件下,由于时间孤子的非线性不对称平衡,能量向非激发芯的转移率较高.此外,模拟结果与实验获得的输出双芯消光比对激发能和波长的依赖关系定性对应。在1800 nm快速芯激发的情况下,以23 dB的对比度记录了输出通道之间的窄带光谱强度切换。这种开关是通过改变亚纳焦区的激发脉冲能量实现的。详细分析了双芯非对称性在孤子传输过程中的非线性平衡,为超快非线性全光开关器件的发展开辟了新的前景。
2019-12-13 physics.optics
Ultrafast nonlocal control of spontaneous emission
固态腔量子电动力学系统将形成未来量子网络的可扩展节点,允许存储,处理和检索量子比特,其中需要实时控制腔中的辐射相互作用以实现高效率。在这里,我们展示了在耦合腔系统中的真空场的动态成型,以实现超快的非局域调制的自发发射的量子点在光子晶体腔,在~200 ps的时间尺度上,远远快于他们的自然辐射寿命。这开辟了超快控制的基于半导体的腔量子电动力学系统的应用在量子接口和一类新的超快激光器的基础上的纳米光子腔的方式。
2013-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Broadband sensitive pump-probe setup for ultrafast optical switching of photonic nanostructures and semiconductors
我们描述了一个超快时间分辨泵浦探测光谱设置,旨在研究纳米光子结构的开关。飞秒泵浦和探测脉冲都可以在3850和21050 cm $^{-1}$之间的宽频率范围内独立调谐。宽的泵浦扫描范围允许大的光学穿透深度,而宽的探测扫描范围对于强光子晶体的研究至关重要。一种新的数据采集方法允许灵敏的泵浦-探测测量,并校正探测强度和泵浦杂散光的波动。与激光波动相比,我们观察到设置的精度提高了十倍,允许在1 s的测量时间内测量精度优于$Δ$ R= 0.07%。演示的改进技术的体硅晶片,3D硅反蛋白石光子带隙晶体,和Z-扫描测量的双光子吸收系数的Si,GaAs,和三光子吸收系数的GaP在红外波长范围内。
2009-03-01 physics.ins-det physics.optics
Ultrafast terahertz superconductor van der Waals metamaterial photonic switch
本研究设计了基于高温超导BSCCO范德华材料的超快太赫兹超材料光子开关,实现相位和幅度调制,开关时间50皮秒,并探讨了光-物质相互作用动力学,适用于通信和量子技术。
2023-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Convolutional Image Edge Detection Using Ultrafast Photonic Spiking VCSEL Neurons
我们在实验和理论上报告了使用超快尖峰光学人工神经元对卷积神经网络(CNN)检测数字图像中的边缘信息。与传统的卷积技术相结合,实验实现了基于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的光子神经元模型,以在检测到数字图像中的目标边缘特征时阈值化并激活快速尖峰响应。不同方向的边缘检测使用个别核算子和完整的图像边缘检测实现梯度幅度。重要的是,这项工作的神经形态(类脑)图像边缘检测系统使用商业来源的VCSEL,以亚纳秒速率(比生物神经元快许多数量级)显示尖峰响应,并在1300 nm的电信波长下工作;因此使我们的方法与光通信和数据中心技术兼容。因此,这些结果对于神经网络的超快光子实现具有令人兴奋的前景,这些超快光子实现将用于未来人工智能应用的计算机视觉和决策系统。
2020-07-02 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Ultrafast Photomodulation Spectroscopy: a device-level tool for characterizing the flow of light in integrated photonic circuits
硅光子学的进步已经导致集成电路的复杂性快速增加。新的方法是可取的,允许直接表征的个别光学组件在原位,而不需要额外的制造步骤或测试结构。在这里,我们提出了一种新的设备级的方法,用于表征光子芯片的基础上,在设备中使用脉冲激光激发的高度本地化的调制。光泵浦扰动硅的折射率,在透射光中提供空间和时间局部调制,从而实现时间和频率分辨成像。我们证明了这种全光调制技术的多功能性,在成像和定量表征的各种性质的硅光子器件,范围从组指数在波导中,品质因数的环形谐振器的多模干涉器件的模式结构。超快光调制光谱提供了关于复杂设计的器件的重要信息,并且很容易适用于器件级的测试。
2014-06-07 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Ultrafast laser inscribed waveguides in tailored fluoride glasses: An enabling technology for mid-infrared integrated photonics devices
氟化锆(ZBLAN)玻璃是基于光纤的中红外光子学中使用的标准材料,经过重新设计,可以通过飞秒激光直写制造高折射率对比度低损耗波导。我们证明,在纯ZBLAN相比,接近10 $^{-2}$的正折射率变化可以诱导在混合锆/铪(Z/HBLAN)玻璃在超快激光铭文,并表明这可以解释由电子云畸变效应,这是由两个玻璃形成者的存在驱动的对比极化。已经成功地制造了高数值孔径(NA)的I型波导,其支持具有小至12 $μ$ m的模场直径(MFD)的良好限制的3.1 $μ$ m波长模式。这些发现为制造中红外集成光子器件打开了大门,这些光子器件可以很容易地被尾纤连接到现有的ZBLAN光纤上。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Kerr and free-carrier ultrafast all-optical switching of GaAs/AlAs nanostructures near the three-photon edge of GaAs
我们对GaAs/AlAs光子晶体结构进行了非简并泵浦-探测实验。我们利用光学克尔效应和三光子吸收激发的自由载流子来切换光子特性。从这些测量中,我们提取的非简并克尔系数在一个很宽的波长范围内,我们提取的三个光子吸收系数的GaAs在三个波长在近红外。我们发现,光克尔效应是足够大的切换腔谐振与高\emph{Q}($Q>1000$)光子腔。
2008-06-19 physics.optics
Ultrafast nonlinear pulse propagation dynamics in metal-dielectric periodic photonic architectures
一维(1D)金属-电介质(MD)周期结构利用金属和介质之间的大折射率对比来激发金属的极高非线性超快响应。这些结构由于其极高的激光损伤阈值也是特殊的。与简单金属或单一(Ag/SiO2)1结构相比,布拉格状1D MD结构(Ag/SiO2)4能够实现具有大大增强的非线性特征的强光场限制。本文利用飞秒宽带光泵浦探测技术研究了上述结构的超快非线性光学响应。这种增强的非线性光学吸收是由自由载流子吸收(FCA)和激发态吸收(ESA)过程引起的反饱和吸收(RSA)性质。光谱的非线性度密切相关的泵浦引起的修改的金属的介电函数,这是定性可视化的传输矩阵和两个温度模型。非线性吸收的超快时间演化清楚地表明了增强的光学非线性,在皮秒时间尺度上通过电子-电子和电子-声子动力学相互作用解除纠缠。一个唯象的脉冲传播模型,采用实验获得的非线性吸收系数和不同的非线性效应所表现出的系统。非线性在控制超快脉冲传输中起着至关重要的作用,并可能为许多非线性器件的应用打开一扇新的窗口。这些新光学材料的发现可能为超快光子学的应用铺平道路。
2021-09-15 physics.app-ph physics.optics
Dynamical ultrafast all-optical switching of planar GaAs/AlAs photonic microcavities
研究了平面GaAs/AlAs微腔的超快开关特性。高达0.8%的折射率变化是通过光学激发自由载流子在1720 nm和1.8微焦耳的脉冲能量。腔谐振动态跟踪通过测量反射率与时间延迟与可调谐激光脉冲,并被发现在几皮秒内移动多达3.3线宽。关断发生在大约50 ps的衰减时间。作者推导出载流子密度和复折射率的动态行为。他们提出,通过优化样品生长,推断出的10 GHz开关速率可以提高10倍。
2007-09-11 physics.optics
Ultrafast and compact photonic-electronic leaky integrate-and-fire circuits based upon resonant tunnelling diodes
首次报道基于共振隧穿二极管的超快紧凑型光电漏泄积分触发神经元电路,实现亚纳秒时间窗口内多光脉冲控制的精确可激发响应触发,并成功应用于高速模式识别任务。
2025-01-28 physics.optics
UltraFast Optical Imaging using Multimode Fiber based Compressed Sensing and Photonic Time Stretch
提出了一种基于单根多模光纤的超快单像素光学二维成像系统。MF作为全光随机模式发生器。不同波长的光通过一个微透镜后产生的全光随机散斑图,在1518.0 ~ 1567.9nm范围内,波长步长为0.1nm时,散斑图的相关系数为0.074。与传统的昂贵的伪随机二进制序列(PRBS)相比,全光随机散斑图案具有成本低的优点,是压缩传感(CS)成像的理想选择。此外,利用光子时间展宽(PTS)技术,不同波长的光可以在短脉冲时间内按时间序列通过一个封装的微透镜,从而实现超快单像素全光压缩成像。在我们的工作中,全光随机散斑图案进行了分析,并用于执行CS成像在我们提出的系统和结果表明,单像素的光电探测器可以在CS成像系统和27 × 27像素的图像重建在500测量。在我们提出的成像系统中,快速傅里叶变换(FFT)的空间分辨率,这是一个组合的多个高斯,进行了分析。考虑到4个光学散斑图案,FFT空间分辨率为50 × 50像素。通过去除中心低频分量并观察沿所有径向方向的显著谱功率,获得了该分辨率极限。
2018-03-12 physics.optics
Ultrafast photon-photon interaction in a strongly coupled quantum dot-cavity system
研究了强耦合量子点-光子晶体腔系统中弱光相互作用的动力学性质。首先,我们用脉冲控制光实现了弱连续波信号的全光开关,然后在单光子水平上实现了两束脉冲光(40 ps脉冲)之间的开关。我们的研究结果表明,量子点-纳米腔系统在单光子水平上产生了强的、可控的相互作用。
2011-07-14 physics.optics quant-ph
Ultrafast Optical Signal Processing with Bragg Structures
相位、振幅、速度和偏振,以及光的许多其他性质,都可以通过光子布拉格结构进行调制。结合非线性和量子效应,可以实现各种随后的微米或纳米光子应用。本文综述了几种典型的一维布拉格光栅中的各种光学现象。重要的例子是共振吸收的光子结构,啁啾布拉格光栅,和胆甾相液晶,他们独特的操作能力和关键问题进行了详细的考虑。这些布拉格结构预计将用于广泛的应用,涉及光场调制,特别是在快速发展的超快光信号处理领域。
2017-05-17 nlin.PS physics.optics
Realization of a Pre-Sample Photonic-based Free-Electron Modulator in Ultrafast Transmission Electron Microscopes
本文在两台超快TEM中实现样品前光子型自由电子调制器,利用电子-光子相互作用相干调控电子波函数横纵分量并重建样品平面波函数。
2025-05-12 physics.optics
An ultrafast diamond nonlinear photonic sensor
University of Tsukuba(筑波大学);Japan Advanced Institute of Science and Technology(日本科学技术高等学院);Keio University(庆应义塾大学)
本研究提出了一种超快钻石非线性光子传感器,用于高精度检测纳米级材料的电场变化。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Raman-free, noble-gas-filled PCF source for ultrafast, very bright twin-beam squeezed vacuum
我们报道了一种基于高压充氩空芯Kagomé型光子晶体光纤中调制不稳定性的新型孪生光束源。该源是拉曼自由的,并表现出很强的光子数相关的飞秒脉冲压缩真空与记录亮度约2500光子每模式。超宽带(~50 THz)孪生光束是频率可调谐的,包含一个空间和少于5个频率模式。
2015-11-19 physics.optics quant-ph
Pulse-driven photonic transitions and nonreciprocity in space-time modulated metasurfaces
Cornell University(康奈尔大学);Imperial College London(帝国理工学院);Sandia National Labs(桑迪亚国家实验室)
本研究通过单周期超快脉冲调制实现光子跃迁,消除持续调制需求,展示自由空间波的强非互易性,拓展超快光学技术应用。
2026-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Emerging Ta$_{4}$C$_{3}$ and Mo$_{2}$Ti$_{2}$C$_{3}$ MXene Nanosheets for Ultrafast Photonics
本研究针对二维材料电导率与载流子浓度低的局限,探究了两种MXene的超快非线性光学特性,发现其响应优于多数二维材料,具备强非线性光学性能与多领域应用潜力。
2024-12-12 physics.optics
Ultrafast photonic reinforcement learning based on laser chaos
National Institute of Information and Communications Technology(国立信息通信技术研究所);Saitama University(埼玉大学);National Institute for Materials Science(国立材料科学研究所)
强化学习涉及动态和不确定环境中的决策,是人工智能(AI)的重要组成部分。在本文中,我们通过实验证明,激光器的超快混沌振荡动力学有效地解决了多臂强盗问题(MAB),这需要决策关于一类困难的权衡称为探索-开发困境。为了求解MAB,出于探索目的,需要一定程度的随机性。然而,使用常规电子电路产生的伪随机数由于其算法基础而在其数据速率和随机性质量方面遇到严重限制。我们使用半导体激光器以100 GSample/s的最大采样率产生激光混沌信号,并将其与一个简单的决策原理相结合,称为拔河与可变阈值,以确保超快,自适应和准确的决策,最大适应速度为1 GHz。我们发现,决策性能最大化的最佳采样间隔,我们强调的激光混沌和决策性能的负自相关固有之间的确切重合。这项研究为人工智能时代超快光子学的新领域铺平了道路,光子的超高带宽可以提供新的价值。
2017-04-14 cs.AI cs.ET physics.optics
Ultrafast Reconfigurable Topological Photonic Processing Accelerator
State Key Laboratory of Photonics and Communications, Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学电子工程系光通信与光子学国家重点实验室);AIRC, Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学杭州高等研究院人工智能研究中心);Juhe Electro-optic (Hangzhou) Tech. Co. Ltd.(聚和光电(杭州)科技有限公司)
本文提出一种晶圆级非易失性拓扑光子计算芯片,利用铁电PZT薄膜实现千倍更快重构和零静态功耗,计算密度达266 TOPS/mm²,为高效高速光子张量处理奠定基础。
2025-11-05 physics.app-ph physics.optics