Enhanced nonlinear frequency conversion and Purcell enhancement at exceptional points
我们推导出量化的解析公式从亚波长发射器嵌入三重共振非线性$χ^{(2)}$腔支持例外点（EP）的暗模和漏模。我们表明，在这样一个系统中的上转换辐射率可以大大提高-高达两个数量级-相比，典型的Purcell因子实现在非退化腔，单色和宽带发射器。我们通过研究反向设计的2D光子晶体板来提供概念验证演示，该光子晶体板支持在发射频率下由狄拉克锥形成的EP和在二次谐波频率下的相位匹配的漏模共振。
2017-06-03 physics.optics
Near-infrared-enhanced charge state conversion for low power optical nanoscopy with nitrogen vacancy center in diamond
从电荷态转换和受激发射两个方面对金刚石中氮空位心的近红外光泵浦物理进行了实验研究。我们发现，近红外激光可以帮助大大提高电荷态转换率，这可以应用于提高电荷态耗尽纳米显微镜的性能。利用环形可见光激光和高斯型近红外激光进行电荷态操纵，我们研制了一种低功率的NV中心电荷态耗尽纳米显微镜。空间分辨率为14 nm的实现与耗尽激光强度约三个数量级低于用于受激发射耗尽nanoscopy与NV中心。纳米显微镜具有高的空间分辨率和低的激光功率，可用于具有NV中心的纳米尺度量子传感。对电荷态转换的研究有助于进一步优化NV中心自旋态的初始化和探测。
2016-10-27 physics.optics
Modeling and design of singly-resonant optical parametric oscillator with an intracavity idler absorber for enhanced conversion efficiency for the signal
本研究针对带腔内闲频光吸收体的单谐振光学参量振荡器开展建模设计，通过抑制反向转换提升信号光转换效率，分析了吸收体参数等的影响，拓展至中红外闲频光提升场景，验证了信号波恒定近似的适用条件。
2017-05-29 physics.optics
Cavity enhanced Raman heterodyne spectroscopy in Er:YSO for microwave to optical signal conversion
通过泵浦光场和信号光场的共振增强，拉曼外差光谱的核心频率转换过程的效率提高了近四个数量级。我们的研究结果使用掺铒的Y $_2$ SiO $_5$晶体在4 K附近的温度表明，这种方法是有希望的微波到光子的量子转换。
2017-12-20 physics.optics quant-ph
Enhanced second harmonic generation from resonant GaAs gratings
我们研究了非线性GaAs光栅的二次谐波产生。我们发现当泵浦场激发光栅的导模共振时，转换效率有很大的提高。在这些情况下，泵浦波长附近的光谱显示尖锐的共振，其特征在于显着增强的本地字段和有利的条件，为二次谐波产生，即使在制度的谐波波长的强线性吸收。特别是，在1064nm泵浦的GaAs光栅中，我们预测二次谐波转换效率比相同材料的体或标准具结构中可实现的转换率大大约五个数量级。
2011-01-06 physics.optics
Cavity-enhanced sum-frequency generation of blue light with near-unity conversion efficiency
我们报告双共振高效和频产生在蓝色范围内。该系统由10 mm长的周期极化KTP晶体置于双谐振蝴蝶结腔中，由1064.5 nm的光纤激光器和849.2 nm的钛宝石激光器泵浦。在849.2 nm和1064.5 nm的泵浦功率分别为250 mW和200 mW的情况下，耦合到具有88个$\%$模式匹配的双谐振环形腔中，产生了TEM $_{00}$模式下472.4 nm的375 mW光功率。据我们所知，与腔模式匹配的光子的95（$\pm 3$）$\%$的所得内部转换效率构成了使用连续波泵浦的最高总体实现的量子转换效率。由于0.3 $\%$水平的非常低的腔内损耗和高达0.045（0.015）W $^{-1}$的高非线性转换系数，使得非常高的转换效率成为可能。在一小时内进行的功率稳定性测量显示稳定性为0.8 $\%$。所产生的蓝光可以在中心波长472.4 nm附近的5 nm内调谐，这受到我们的非线性晶体的相位匹配的限制。然而，通过适当选择非线性晶体和泵浦激光器，这可以扩展到覆盖整个蓝色光谱（420 nm至510 nm）。考虑到腔体阻抗匹配和泵浦场的耗尽，我们的实验结果与分析和数值模拟吻合得很好。
2021-04-08 physics.optics
Theoretical and experimental evaluation of multilayer porous silicon structures for enhanced erbium up-conversion luminescence
从理论和实验上研究了Er $^{3+}$基上转换对多层多孔硅光子晶体的光致发光的增强作用。传输矩阵模拟被用来评估增加的光子态密度的结果，在一维光子带隙的短波长边缘的能量传播减慢。Er $^{3+}$的吸收增强慢光模式内的间接计算，然后用来说明增加吸收的体积值：有效吸收系数被证明增加超过22%，在一个广泛的光谱区域和超过400%，在一个狭窄的区域。制备了光子带边与$^{4}I_{15/2} \rightarrow^{4}I_{13/2}$ Er $^{3+}$跃迁重合的掺铒多孔硅光子晶体。在制造和组成分析的结果的挑战进行了讨论。一个角度相关的光致发光测量演示的发射强度，随着光子带边的位置非单调变化。对于550 nm的跃迁，观察到Er $^{3+}$发射强度的最大值为26.6 $\times$增强，对于较长的波长，观察到较低的增强因子。
2012-09-04 physics.optics
Analysis and control of Raman phonon dynamics for enhanced optical frequency conversion
School of Applied and Engineering Physics, Cornell University（康奈尔大学应用工程物理学院）
本文通过拉曼诱导折射率调制时域框架，揭示拉曼声子的物理作用及线性声子介导相互作用，并提出通过波矢匹配调控实现高效斯托克斯阶转换的声子控制方法。
2026-06-03 physics.optics
High-sensitivity quantum sensing with pump-enhanced spontaneous parametric down-conversion
近年来，量子传感概念的发展利用了基于由自发参量下转换（SPDC）产生的相关光子对的非线性干涉仪。使用远离频率简并的SPDC允许在用于最强样品相互作用的中红外光子和用于低噪声检测的相关近红外光子之间进行“分工”。然而，由SPDC提供的少量光子和由此产生的较差的信噪比是阻碍新颖感测概念的广泛适用性的限制因素。在这里，我们展示了一个非线性干涉仪泵浦增强SPDC的基础上，大大提高了发射率，但保持宽带，自发发射。为了验证这一概念，我们展示了具有近红外检测的高分辨率中红外光谱，展示了提高的准确性。虽然中红外光子的数量比经典光谱仪小大约五个数量级，但量子光谱仪的灵敏度变得相当，这标志着迈向现实世界应用的重要一步。
2022-08-16 physics.optics quant-ph
Plasmon Enhanced Solar-to-Fuel Energy Conversion
用于太阳能燃料产生的未来几代光电极必须采用廉价的、地球上丰富的吸收剂材料，以便提供大规模的清洁能源。这些材料倾向于具有差的电传输特性，并且表现出明显短于光的吸收深度的载流子扩散长度。结果，许多光激发载流子产生得离反应表面太远，并且重新结合而不是参与太阳能到燃料的转换。我们证明了金属纳米结构中的等离子体共振和多层干涉效应可以被设计成强烈地集中太阳光接近电极/液体界面，正是相关反应发生的地方。通过比较增强的光电流谱中的光谱特征与全场电磁模拟，验证了表面等离子体激元激发的贡献。这些结果打开了大门，优化各种各样的光化学过程，利用等离子体激元领域的快速发展。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Low-power continuous-wave four-wave mixing wavelength conversion in AlGaAs-nanowaveguide microresonators
在Q=7500的深腐蚀AlGaAs波导微谐振腔中，利用简并连续四波混频实现了波长转换，泵浦功率为24 mW。最大转换效率为-43 dB，与直波导相比提高了12 dB。实验结果和理论预测吻合得很好，并显示出-15 dB的优化转换效率。这项工作代表了实现一个完全集成的光学器件产生新的光频率的一步。
2016-02-07 physics.optics
Generalized Parity-Time Symmetry Condition for Enhanced Sensor Telemetry
基于微机械可调谐谐振器的无线传感器在从医疗诊断到工业和环境监测的各种应用中非常重要。然而，这些设备的灵敏度通常受到其低品质（Q）因子的限制。在此，我们引入了等谱方时倒数标度（PTX）的概念，对称性，并表明它可以用来建立一个新的家庭的射频无线微传感器表现出超灵敏的响应和高分辨率，这是远远超出了传统的无源传感器的限制。我们从理论上表明，并证明实验使用基于微机电的无线压力传感器，PTX对称的电子系统共享相同的本征频率作为他们的奇偶时间（PT）对称的同行，但至关重要的是有不同的电路配置文件和本征模式。这简化了电子电路设计，并且能够进一步增强传感器的外部Q因子。
2018-12-20 physics.app-ph physics.optics
Enhanced up-conversion of entangled photons and quantum interference under localized field in nanostructures
从理论上研究了纠缠双光子在二聚体分子上的上转换过程。在一维输入输出理论中，解析地导出了光子的传播子，数值地计算了上转换几率。结果表明，与纳米结构的耦合明显增强了该过程。我们还发现，对于一些平衡的系统参数，例如光子之间的量子相关性、辐射衰减率以及纳米结构与分子之间的耦合，这种增强变得进一步明显。从整个系统耦合模之间的量子干涉的角度合理地解释了这种非单调依赖关系。这一结果可为利用少量光子的弱光进行非线性光学反应提供指导。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-enhanced frequency up-conversion in rubidium vapour
我们报告的第一个使用的环形腔，以提高输出功率和显着缩小的线宽（$<1\,$ MHz）的四波混频产生的蓝光在铷蒸汽电池。我们发现，在我们的无腔系统中提供的高输出功率导致所产生的蓝光线宽的功率展宽。我们的环形腔消除了这一限制，允许同时实现高输出功率和窄线宽。由于腔蓝光在$^{85}$ Rb 5 S $_{1/2} \,\,F=3$ $\rightarrow$ 6 P $_{3/2}$跃迁上是宽可调谐的，因此这种窄线宽光将适合于第二阶段激光冷却，这对于高效的$^{85}$ Rb BEC生产可能是有价值的。
2016-05-19 physics.atom-ph physics.optics
Second harmonic generation in GaP photonic crystal waveguides
我们演示了磷化镓光子晶体波导中增强的二次谐波产生，测量的外部转换效率为5 $\times10^{-7}$ /W。我们的结果是有希望的频率转换的片上集成发射器具有宽光谱或大的非均匀加宽，以及频率转换的超短脉冲。
2011-05-31 physics.optics
Enhanced second harmonic generation in high-$Q$ all-dielectric metasurfaces with backward frequency conversion
本文利用全介质超表面中的高-Q quasi-BIC共振研究AlGaAs二次谐波产生，通过引入基波场非线性极化修正项建立耗尽模型，揭示了后向频率转换使SHG效率降低14.3%，为设计高效非线性超表面提供重要指导。
2024-06-12 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear wavelength conversion in photonic crystal fibers with three zero dispersion points
在这项理论研究中，我们表明，一个简单的无休止的单模光子晶体光纤可以被设计成产量，不只是两个，而是三个零色散波长。第三个色散零点的存在创建了一个丰富的相位匹配拓扑结构，使四波混频和共振辐射带的孤子和短脉冲发射的光谱位置的增强控制。这些波段定位的极大增强的灵活性在波长转换、超连续谱产生和量子光学的双光子源中具有应用。
2010-06-09 nlin.PS physics.optics
Enhanced production of coherent pulsed radiation at 125 nm: the route towards a tabletop VUV laser
一种新的方法是用来提高近两个数量级的转换效率的125 nm相干源，基于四波混频在室温汞蒸气。饱和问题进行了观察和讨论。
2006-04-07 physics.optics
Solar Thermal Energy Conversion Enhanced by Selective Metafilm Absorber under Multiple Solar Concentrations at High Temperatures
聚光太阳能，特别是太阳能集中度小于50的抛物槽系统，需要在400摄氏度以上的高温下热稳定的光谱选择性太阳能吸收器，以实现高效率。在这项工作中，太阳能热性能的选择性多层metafilm吸收器的特点是随着一个黑色的吸收器进行比较，通过实验室规模的实验装置，测量多个太阳能浓度下的稳态吸收器温度。传热分析阐明了不同的传热模式，并验证了太阳能热实验。由于优越的光谱选择性和优异的热稳定性，沉积在具有成本效益的不锈钢箔上的超薄膜吸收剂在实验室规模的实验中，在10个太阳下，在371摄氏度的稳态温度下，可以实现57%的太阳热效率，而在实际太阳热应用的相同条件下，预计最高效率为83%。本文的研究结果将有助于新型太阳能材料的研究和开发，以实现高效的太阳能热能转换。
2019-09-25 physics.app-ph physics.optics
Broadband frequency conversion of ultrashort pulses using high-$Q$ metasurface cavities
使用高品质因数（$Q$ -factor）腔可以显著地增强光的频率转换。不幸的是，可实现的转换效率和转换带宽从根本上受到腔的时间带宽限制的限制，从而限制了它们在超短脉冲的频率转换中的使用。在这里，我们提出和数值演示和频生成的频率转换使用超表面为基础的腔体配置，可以克服这一限制。所提出的实验配置利用支持集体表面晶格共振（SLR）的周期性超颖表面的空间色散响应，并可用于超短脉冲的宽带频率转换。我们研究了等离子体超颖表面，支持高$Q$ SLR（$Q$ =500，线宽为2 nm）中心附近1000 nm，并证明非线性信号的~1000倍增强。此外，我们展示了宽带频率转换与泵浦转换带宽达到75 nm，一个值，大大超过了所研究的腔的线宽。我们的工作开辟了新的途径，利用高$Q$超颖表面也为宽带频率转换的光。
2021-10-26 physics.optics
Frequency combs with parity-protected cross-correlations from dynamically modulated qubit arrays
我们开发了一个通用的理论框架，以动态工程量子相关的频率梳发射从一个阵列的超导量子位在波导中，严格占量子位共振频率的时间调制。我们证明，当两个量子比特的共振频率被周期性地调制一个$π$相移时，来自不同边带的散射光子的互相关可以同时实现聚束和反聚束.我们的方法基于不同宇称对称性的量子激发之间的动力学转换，具有很强的普适性。它可以用来控制一般动态调制耗散量子系统中的两粒子关联。
2023-02-26 physics.optics quant-ph
Parity-Time Symmetry Breaking in Coupled Nanobeam Cavities
研究了耦合纳米束腔系统中的宇称-时间对称（PT对称）破缺现象。一个例外的点，观察到在调整的增益/损耗和耦合强度的关系的紧密放置的纳米梁对。PT对称性概念可以应用于实现单向光传播和单模操作激光器，这可能允许在光子集成电路中利用光信号的新方法。另外，在这一特殊的异常点上工作，与传统的传感器相比，微扰动检测的灵敏度可以大大提高。
2015-11-27 physics.optics
Enhanced spin-dependent parity non-conservation effect in the $7s {}^2S_{1/2} \to 6d {}^2D_{5/2}$ transition in Fr: A possibility for unambiguous detection of nuclear anapole moment
利用相对论耦合集团方法，对$^{210}$ Fr和$^{211}$ Fr同位素的$7s \ ^2S_{1/2} \rightarrow 6d \ ^2D_{5/2}$跃迁的宇称非守恒电偶极振幅进行了比较研究.结果表明，由于Fr中电子核极化效应的极大贡献，Ba $^+$和Ra $^+$中这些只对核自旋相关效应敏感的跃迁振幅比低能级的$S-D_{5/2}$跃迁振幅提高了3个数量级以上，这意味着产生了较大的、原则上可测量的诱导光移，这将是一个签名的核自旋相关的宇称不守恒，这是由核的重原子如Fr的顶点矩占主导地位。一个合理的计划，以测量这个数量使用的回旋加速器和放射性同位素中心（CYRIC）在东北大学的设施已经概述。
2015-12-07 nucl-th physics.atom-ph physics.comp-ph
State conversions around exceptional points
研究了宇称-时间（PT）对称破缺的非厄米二能级系统的态转换。我们建立了一个理论，解释了状态转换的基本机制，并定义了非厄米系统的绝热演化。在厄米特系统中，当初态是瞬时本征态时，绝热定理可以应用。我们证明了在非厄米特系统中，当系统参数缓慢变化时，无论初始状态如何，系统都能很快地跟踪调制稳定的瞬时本征态.讨论了参数空间中动力循环的拓扑特征。
2019-05-19 math-ph math.MP physics.optics
Time Reversal of Arbitrary Photonic Temporal Modes via Nonlinear Optical Frequency Conversion
单光子波包可以在量子网络的节点之间携带量子信息。基于光子的量子信息系统中的一个重要的通用操作是光子的时间波包包络的盲反转，即在不知道光子的时间状态的情况下反转包络的能力。我们提出了一种全光的方法，使用非线性光学频率转换驱动的短泵浦脉冲。该方案允许量子操作，例如时间模式奇偶校验排序器。我们还验证了该方案适用于未知波包的任意态（不仅是单光子态）。
2018-04-08 physics.optics quant-ph
Metasurface absorber enhanced thermoelectric conversion
本文研究超表面在光热电转换中的作用，发现其光学厚度与薄几何结构能有效收集环境热辐射并传导局部热量，从而在热电器件中产生额外温度梯度和输出电压，性能优于高红外吸收的碳黑涂层电极。
2023-08-11 physics.app-ph physics.optics
Parity-Time Symmetry-Enhanced Simultaneous Magnon and Photon Blockade in Cavity Magnonic System
在最近的演示常规磁振子封锁的主要挑战是增加系统的非线性，特别是在耗散通道相比。人们可以考虑克尔非线性，通过它，腔磁振子系统中的磁振子阻塞是可能的，只要克尔非线性比腔和磁振子模耗散率强得多。在本文中，我们考虑了PT对称腔磁振子系统，研究了PT对称相位对磁振子统计的影响，从而研究了磁振子阻塞。我们表明，PT对称的相位，这是通过适当选择系统参数，可以放松的要求，大克尔非线性，这样一个完美的磁振子封锁，可以很容易地获得，即使在一个小的克尔非线性值。令人惊讶的是，虽然在该方案中没有光子克尔非线性，光子阻塞也可以同时发生与磁振子阻塞。这一结果是由PT对称相位引起的，PT对称相位可以产生有效的光子克尔非线性。
2022-09-09 physics.optics quant-ph
Molecular Vibration Explorer: an online database and toolbox for surface-enhanced frequency conversion, infrared and Raman spectroscopy
我们提出了分子振动资源管理器，一个免费访问的在线数据库和交互式工具，用于探索振动光谱和张量光振动耦合强度的大量收集硫醇分子。该数据库的“Gold”版本收集了对与金原子相连的2 '800种市售硫醇化合物进行密度泛函理论计算的结果，主要目的是筛选出最适合太赫兹和中红外到可见光上转换的分子。此外，数据库的“硫醇”版本包含1 '900种未结合硫醇化化合物的结果。他们都提供了一个全面的一套计算光谱参数的所有振动模式的所有分子在数据库中。用户可以同时研究红外吸收，拉曼散射和振动和差频产生截面。可以在定制的频率范围内筛选分子的各种参数，例如特定分子取向下的大拉曼截面，或大取向平均和频产生（SFG）效率。用户可以选择电磁场的偏振矢量，设置分子的方向，并自定义参数，以绘制相应的IR，拉曼和和频光谱。我们说明了这个工具的能力与选定的应用程序在表面增强光谱学领域。
2021-12-21 physics.chem-ph physics.optics
Enhancing second harmonic generation using dipolar-parity modes in non-planar plasmonic nanocavities
在光子电路、量子光学和生物传感领域，人们迫切需要开发高效的纳米级非线性光源。为此，等离子体激元系统已被用于增强非线性信号生成，然而，用于实际应用的高效率频率转换仍然是一个挑战。金属-绝缘体-金属（MIM）纳米腔是用于在纳米尺度处强烈集中场以增强光学非线性的良好候选者，然而它们通常遭受在发射波长处具有四极共振的要求。在这里，我们介绍了非平面MIM纳米腔与非线性间隔，可以大大提高二次谐波产生（SHG），尽管具有相同的奇偶性的基本模式和发射模式。我们的实验和数值计算结果表明，这种增强是由于腔的非平面设计和间隔层的体非线性。
2019-05-09 physics.app-ph physics.optics
Multi-Octave Supercontinuum Generation and Frequency Conversion based on Rotational
阿秒科学领域最初是通过将强激光脉冲非线性压缩到两个光学周期以下而实现的。20年后，产生如此短的脉冲仍然需要最先进的少周期激光放大器，以最有效地利用稀有气体中的“瞬时”光学非线性，实现光谱展宽和参数频率转换。在这里，我们表明，非线性压缩实际上可以更有效地驱动时，在分子气体中的脉冲远远长于几个周期，由于增强的光学非线性与旋转对齐。我们使用来自工业级激光放大器的80个周期的脉冲，在充气毛细管中同时驱动分子排列和超连续谱的产生，产生超过两个倍频程的相干带宽，并实现>45倍的压缩，持续时间为1.7个周期。由于增强的非线性与旋转运动有关，因此可以利用动力学进行长波长频率转换和压缩皮秒激光器。
2019-10-24 physics.atom-ph physics.optics
Enhanced third harmonic generation from the epsilon-near-zero modes of ultrathin films
我们实验证明了有效的三次谐波产生从铟锡氧化物（ITO）纳米膜（λ/42厚）在玻璃基板上的泵浦波长为1.4 μ m。通过利用增强因子为200的ε近零（ENZ）模式的场增强特性，实现了3.3x10^-6的转换效率。这种纳米级频率转换方法适用于其他等离子体材料和剩余辐射材料的纵向光学声子频率附近。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Two states hydrogenlike model for High-Order Harmonic Generation and enhanced XUV Generation from a coherent superposition of bound states
本文提出了一个解析的、全量子理论，研究了两态类氢原子模型在低频激光场中的高次谐波产生。该模型适用于偶极矩阵元的任意原子势作用，并可推广到描述任意偏振态的激光场，包括态的耗尽。在两个态的初始相干叠加的情况下，该理论清楚地解释了为什么可以获得高转换效率。我们的结果是基于量子干涉效应的复合通过不同的状态。我们证明了电子的四条量子路径对谐波谱有贡献。谐波转换效率与态（特别是激发态）的初态振幅和耗尽、复合时束缚态的剩余布居数以及不同的偶极强度成正比。对高转换效率的主要贡献是从激发态到基态的跃迁。
2011-04-17 physics.atom-ph physics.optics
Anti-PT-symmetry-enhanced interconversion between microwave and optical fields
系统的内在耗散进入共享库引入了两个系统之间的相干性，从而实现反奇偶时间（anti-PT）对称性。在本文中，我们提出了一种反PT对称转换器，包括一个微波腔耗散耦合到一个铁磁球，它支持显着改善的转换效率相比，相干耦合设置。特别地，当仅驱动铁氧体样品时，由介导通道的真空引起的强相干性导致预期转换的更强增强。增强是一个不可分割的人工制品的出现，一个长寿的，黑暗的模式与准真实的奇点的混合系统。此外，我们观察到相当大的不对称性，微波-光和光-微波转换的效率，尽管三线性光磁耦合刺激的转导现象的对称结构。非互易性源于微波场和光场耦合到腔-磁振子网络的固有不对称性以及空间分离所带来的相位耦合。
2021-11-02 physics.optics quant-ph
Coherent frequency up-conversion of microwaves to the optical telecommunications band in an Er:YSO crystal
将量子态从微波光子转换为可见光子的能力对于混合系统方法进行量子信息处理是重要的。在本文中，我们报告了上转换的微波信号到光通信波段使用铒掺杂剂的硅酸钇晶体通过受激拉曼散射。使用3D铜环隙谐振器将微波施加到样品，并且耦合和信号光场是单通的。转换效率较低，与理论分析一致，但可以通过光学谐振器显着提高。
2015-06-19 physics.optics quant-ph
Temporal glide symmetry enforces a parity sideband selection rule in scalar bulk media
Department of Electronics and Electromagnetism, School of Physics, Universidad de Sevilla（塞维利亚大学物理学院电子与电磁学系）
本文发现时间滑移对称性（反射加半周期时间平移）在标量时间调制三层波导中强制实现频率转换与横模宇称之间的精确选择规则，并通过本征态和时域仿真验证了该规则。
2026-06-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
