On-chip ultra-narrow-linewidth single-mode microlaser on lithium niobate on insulator
报道了一种在绝缘体上掺铒钛酸锂（LNOI）基片上制作的低阈值单模微激光器。在970 nm泵浦下，利用游标效应，在耦合光子分子中产生了1550.5 nm的单模激光发射。由于品质因数高于10^6，阈值泵浦功率低至200 μ W。此外，微激光器的线宽达到4kHz，这是LNOI微激光器中的最好结果。这种在芯片上光刻制造的单模微激光器是光子学界高度需求的。
2021-04-30 physics.optics
Narrow Linewidth Laser Based on Extended Topological Interface States in One-Dimensional Photonic Crystals
本研究提出一维TIS扩展光子晶体结构，通过集成零折射率光子晶体与四相移取样光栅扩展拓扑界面态，缓解空间烧孔效应，实现了宽电流范围稳定单模、50 dB边模抑制比、约150 kHz洛伦兹线宽的窄线宽半导体激光器，且制备容差高。
2024-07-10 physics.optics
First-Principles Threshold Calculation of Photonic Crystal Surface-Emitting Lasers Using Rigorous Coupled Wave Analysis
我们表明，光子晶体表面发射激光器的阈值可以计算从第一性原理的严格耦合波分析（RCWA）的方法，已被广泛用于模拟被动周期结构的响应谱。这里，具有附加增益的表面发射激光器结构的散射矩阵（S矩阵）使用RCWA在复频率平面上计算，并且激射阈值由S矩阵的极点到达实轴的增益的值确定。该方法适用于一般的面发射激光器结构，尤其适用于具有复杂面内结构的面发射激光器系统。
2018-06-20 physics.optics
Larger-area single-mode photonic crystal surface-emitting lasers enabled by an accidental Dirac point
通过改变光子晶体表面发射激光器（PCSELs）的晶格几何形状，我们调谐了二次色散的规则激光带边，在布里渊区中心形成了一个偶然的线性色散的狄拉克点。这不仅使模式间隔增加了几个数量级，而且消除了分布的面内反馈，以使单模PCSEL能够具有显著更大的面积，从而具有显著更高的输出功率。通过二维面内计算系统地评估了使用偶然Dirac锥的优点，并通过光子晶体平板器件的三维模拟证实了这一点。
2013-12-12 physics.optics
Monolithic photonic integration of suspended light emitting diode, waveguide and photodetector
我们在这里报告了一个单片光子集成的发光二极管（LED）与波导和光电探测器，建立一个高度集成的光子系统，在硅基GaN平台上执行功能。悬浮pn结InGaN/GAN多量子阱（MQW）用于器件制造。部分LED发射耦合到悬挂波导中，然后，引导的光沿着波导横向传播，并最终由光电探测器感测。平面光通信实验表明，概念验证型单片光子集成系统可以实现片上光互连。该工作为新型有源光电传感系统和可见光平面光通信奠定了基础。
2015-12-07 physics.optics
36 Hz integral linewidth laser based on a photonic integrated 4.0-meter coil resonator
激光稳定是许多精密科学实验和应用的核心，包括量子信息科学、计量学和原子计时。这些系统通过将Pound-Drever-Hall（PDH）锁定到表级、超高品质因数（Q）、真空间隔的法布里-珀罗参考腔来使激光器线宽变窄并稳定载流子。集成这些腔体，将PDH稳定的特性带到芯片级，对于减小它们的尺寸、成本和重量，并实现广泛的便携式和片上系统应用至关重要。我们报道了一个重要的进展，在集成激光器的线宽窄化，稳定和噪声降低，通过使用光子集成的4.0米长的线圈谐振器，以稳定的半导体激光器。我们获得了36 Hz的1/π积分线宽，在10 ms测量时间下的Allan偏差（ADEV）为1.8 × 10 ^{-13}，漂移为2.3 kHz/sec，据我们所知，集成参考腔的最低积分线宽和最高稳定性。两个线圈的设计，稳定的激光器工作在1550 nm和1319 nm的证明。谐振器总线耦合到一个4.0米长的线圈，自由频谱范围（FSR）为49 MHz，模体积为1.0 × 10 ^{10} μm^3，固有Q值为1.42亿，采用CMOS兼容的超低损耗氮化硅波导平台制造。我们的测量和模拟结果表明，热折射噪声地板为这个特定的腔达到了频率低至20 Hz的周围环境中，简单的被动隔振，没有真空或热隔离。TRN有限的性能估计为8 Hz 1/π积分线宽和10 ms时5 × 10 ^{-14}的ADEV，从而开启了迄今为止仅在基本上未集成的…
2021-12-16 physics.optics
Origin of the injection-dependent emission blueshift and linewidth broadening of III-nitride light-emitting diodes
本研究通过第一性原理多尺度建模，揭示了III族氮化物LED依赖注入的发射蓝移与线宽展宽的起源，阐明了载流子动力学与光谱特性的关联，并提出了优化设计方向以改善色纯度。
2022-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Time-resolved lasing action from single and coupled photonic crystal nanocavity array lasers emitting in the telecom-band
我们测量了在铟镓砷磷材料系统中制造的单个和耦合光子晶体纳米腔阵列激光器的激射动力学。在短的光激发下，单腔激光器产生的脉冲快至11 ps（FWHM），而耦合腔激光器显示出显着更长的激射持续时间，这是不能解释的一个简单的速率方程模型。包括载流子增益和扩散的时域有限差分模拟表明，纳米腔阵列上的异步激光发射延长了激光器的脉冲持续时间。
2008-12-12 physics.optics
Narrow-linewidth, piezoelectrically tunable photonic integrated blue laser
本研究首次实现约461 nm的光子集成蓝光激光器，通过氮化镓激光二极管与低损耗氮化硅高Q微腔混合集成实现低相噪频率捷变，结合氮化铝压电调谐实现高速无跳模啁啾，可应用于水下通信与相干传感。
2025-08-04 physics.optics
Nanobeam Photonic Crystal Cavity Light-Emitting Diodes
我们目前的结果电驱动纳米束光子晶体腔形成的横向p-i-n结在砷化镓。尽管纳米梁的导电尺寸很小，但它具有强大的电气特性，在低驱动功率下可以实现高电流密度。就像它们的二维对应物一样，纳米梁腔在室温下从嵌入的1,250 nm InAs量子点中表现出明亮的电致发光。小的室温微分增益观察到在腔与小光束自加热表明激光是可能的。这些结果打开了大门，有效的电子控制有源纳米束腔的各种纳米光子应用。
2011-06-28 physics.optics
Ultra-narrow linewidth hybrid integrated semiconductor laser
我们展示了一个混合集成和广泛的可调谐二极管激光器的固有线宽为40 Hz窄，实现了一个单一的往返通过低损耗的反馈电路，延长腔长0.5米的芯片上。单次往返，单模分辨反馈滤波，使线宽变窄，增加激光功率，没有限制，通过非线性损耗。在1.55 $μ$ m波长范围内实现了单频振荡，光纤耦合输出功率高达23 mW，光谱覆盖范围为70 nm，输出功率为3 mW，边模抑制大于60 dB。用于进一步线宽变窄的这种性质和选项使得在光子电路中直接集成的方法具有很高的兴趣，该光子电路以最高的分辨率服务于微波光子学、相干通信、感测和计量。
2020-07-13 physics.optics
Observation of Transparency of Erbium-doped Silicon nitride in photonic crystal nanobeam cavities
在掺铒非晶氮化硅层中制备了一维纳米梁光子晶体腔。在低温和室温下，在不同的光抽运功率下，研究了1.54 μ m左右腔体的光致发光。共振器表明珀塞尔增强吸收和发射率，也证实了时间分辨测量。共振线宽随抽运功率的增加而变窄，表明吸收漂白和材料在5.5 K和室温下的受激发射开始。我们估计从腔线宽，Er已被泵浦到透明的腔谐振波长。
2010-03-09 physics.optics
Enhanced TM-Mode 3D Coupled Wave Theory for Photonic Crystal Surface-Emitting Terahertz Quantum Cascade Lasers
RIKEN Center for Advanced Photonics（理化学研究所先进光子学中心）；Tohoku University（东北大学）
本文提出一种增强的三维耦合波理论，用于高效模拟光子晶体表面发射太赫兹量子级跃迁激光器，提升计算精度并减少资源消耗。
2025-03-25 physics.optics
Reducing the linewidth of a diode laser below 30 Hz by stabilization to a reference cavity with finesse above 10^5
工作在Littrow结构中的扩展腔二极管激光器在657 nm附近发射，通过将其注入参考腔的电流稳定，其精细度大于10^5，相应的谐振线宽为14 kHz。激光线宽从几MHz减小到低于30 Hz的值。紧凑和强大的设置似乎是理想的便携式光学频率标准使用钙互组合线。
2001-09-22 physics.optics
Ultra-narrow linewidth self-adaptive photonic oscillator : principle and realization
高相干光源是物理学的几个领域中的关键元件，特别是在时间频率计量中。在过去的十年里，人们特别努力地开发这种光源，而牺牲了先进的激光系统和相对智能的电子设备。我们在这里提出了一个新的自适应振荡器的一般原则，其中的复杂操作的100米长的有源光学谐振腔和标准的半导体激光器提供了一个非常高的光谱纯度，可以定制为任何波长。这种自适应光子振荡器的单频操作是在没有任何伺服锁定或稳定电子器件的情况下实现的。自由运行操作导致40 mHz的洛伦兹线宽。在自由运行状态下，光频的长期漂移在数小时内在10 MHz以内。该原理适用于激光二极管可获得的任何波长，这尤其在原子或分子跃迁需要精确波长的应用中打开了巨大的机会。
2021-08-07 physics.app-ph physics.optics
Near Transform-limited Quantum Dot Linewidths in a Broadband Photonic Crystal Waveguide
平面纳米光子结构能够实现嵌入其中的量子点的发射的宽带、近单位耦合，从而实现理想的单光子源。单光子源的效率和相干性受到电荷噪声的限制，这将导致发射光谱的展宽，我们报道了通过在砷化镓薄膜中制备光子晶体波导来抑制噪声，该砷化镓薄膜包含嵌入在$p$-$i$ - $n$二极管中的量子点。波导附近的局部电接触使漏电流最小化，并允许量子点共振的快速电控制（$\approx$ 4 MHz带宽）。耦合到光子晶体波导的$79$量子点的共振线宽测量在6 nm宽的发射波长范围内表现出近变换极限发射。重要的是，局部电接触允许对同一芯片上的多个量子点进行独立调谐，这与变换限制发射一起是实现基于多发射极的量子信息处理的关键部件。
2020-05-08 physics.optics quant-ph
Rare-Earth Molecular Crystals with Ultra-narrow Optical Linewidths for Photonic Quantum Technologies
稀土离子是在量子水平上构建光-物质界面的理想固态体系。这依赖于它们显示窄光学均匀线宽或等效地长寿命光学量子态的潜力。在这封信中，我们报告的铕分子晶体，表现出线宽在10 kHz的范围内，数量级比其他分子中心窄。我们利用这一属性，以证明有效的光学自旋初始化，相干存储的光使用原子频率梳，和光学控制的离子-离子相互作用实现的量子门。这些结果说明了稀土分子晶体作为光子量子技术的新平台的实用性，该光子量子技术将高度相干的发射器与分子材料的组成，结构和集成能力的无与伦比的多功能性相结合。
2021-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
1.5 μm Epitaxially Regrown Photonic Crystal Surface Emitting Laser Diode
报道了一种InP基外延再生长光子晶体面发射激光二极管，在准连续条件下获得1523 nm激光输出。
2020-10-19 physics.app-ph physics.optics
Narrow Linewidth near-UV InGaN Laser Diode based on External Cavity Fiber Bragg Grating
实现了波长为400 nm的光纤光栅InGaN基激光二极管，并证明了其高相干性。由于制作了近紫外波段的窄带光纤光栅，使得自注入锁定二极管可以实现单模单频输出。该器件具有44 dB的边模抑制比和mW的输出功率。详细的频率噪声分析揭示了亚MHz的集成线宽和16 kHz的固有线宽。这种窄线宽激光二极管在近紫外域的紧凑和低成本的设计，可以找到应用程序时，需要的相干性和干涉分辨率。
2021-02-08 physics.optics
Room temperature all-silicon photonic crystal nanocavity light emitting diode at sub-bandgap wavelengths
硅现在被牢固地确立为高性能光子材料。其唯一的弱点是缺乏在室温下连续工作、在技术上重要的1300- 1600 nm波长窗口中呈现窄线宽、体积小并且以低功耗工作的原生电驱动光发射器。在这里，在室温下展示了1300-1600 nm范围内的电泵浦全硅纳米光源。利用氢等离子体处理，在硅中引入纳米级的光学活性缺陷，然后将其馈入光子晶体纳米腔中，通过Purcell效应增强器件中的电驱动发射。在1515 nm波长处观察到一条窄的（Δλ = 0.5 nm）发射线，其功率密度为0.4 mW/cm 2，这代表了迄今为止报道的任何硅发射器的最高光谱功率密度。一些可能的改进也进行了讨论，这使得该方案的光互连和其他重要的硅光子学应用的一个非常有前途的光源。
2013-06-24 physics.optics
High-power and narrow-linewidth laser on thin-film lithium niobate enabled by photonic wire bonding
本文通过光子引线键合将光放大器与薄膜铌酸锂反馈电路集成，实现了片上功率78 mW、本征线宽550 Hz、调谐范围43 nm的高性能扩展腔激光器，验证了该集成方案用于片上激光器的可行性。
2024-07-05 physics.app-ph physics.optics
Cross-polarized stimulated Brillouin scattering empowered photonics
本文提出在铌酸锂中集成交叉偏振受激布里渊散射与Kerr和二次非线性，实现窄线宽可调激光器、高效模式转换器及布里渊-二次激光器与频率梳，显著提升光子器件性能。
2024-05-24 physics.optics
422 Million Q Planar Integrated All-Waveguide Resonator with a 3.4 Billion Absorption Limited Q and Sub-MHz Linewidth
高Q值光学谐振腔是超窄线宽激光器、稳频、精密光谱和量子应用的关键器件。将这些谐振器集成在光子波导晶片级平台中是降低其成本、尺寸和功率以及对环境干扰的敏感性的关键。然而，到目前为止，集成全波导谐振器的固有Q值已降至1.5亿以下。在这里，我们报告了一个全波导Si 3 N4谐振器的固有Q值为4.22亿和3.4亿吸收损耗限制Q值。谐振器具有453 kHz的固有线宽和906 kHz的加载线宽，具有3005的精细度。相应的线性损耗为0.060 dB/m，是迄今为止报道的具有沉积的上包层氧化物的全波导设计的最低线性损耗。这些是迄今为止报道的光子集成全波导谐振器的最高固有和吸收损耗限制的Q因子和最低线宽。这种性能水平是通过仔细减少散射和吸收损耗分量来实现的。我们量化，模拟和测量的各种损失的贡献，包括散射和吸收，包括表面状态悬挂键，我们认为是负责吸收的一部分。除了超高Q和窄线宽外，谐振腔还具有大的光模面积和体积，这对于超低激光线宽和超稳定、超低频噪声参考腔都至关重要。这些结果表明，体光学器件和蚀刻谐振器的性能可以在光子集成解决方案中实现，为精密科学系统和应用（如非线性光学、原子钟、量子光子学和高容量片上光纤通信系统）的光子集成兼容十亿Q腔铺平了道路。
2020-09-16 physics.app-ph physics.optics
Hybrid light-emitting polymer/SiNx platform for photonic integration
有机半导体材料具有广阔的应用前景，但很难与传统的无机材料集成以满足进一步应用的需要。基于低温氮化硅（SiNx）沉积技术，在有机聚合物薄膜聚[2-（2 '，5'-双（2”-乙基己氧基）苯基）-1，4-亚苯基亚乙烯基]（BEHP-PPV）上直接沉积高质量的SiNx，制备了一种杂化结构。获得了不同周期的BEHP-PPV/SiNx多层混合结构，并对其光学特性进行了系统的表征。此外，制备了一组BEHP/PPV镶嵌SiNx微片，在光泵浦下观察到了自发发射（ASE）的放大，进一步证实了BEHP/PPV的增益特性得到了很好的保持。我们的技术提供了一个平台，以制造有机/无机混合光学器件兼容的集成组件。
2017-11-19 physics.optics
Weak coupling interactions of colloidal lead sulphide nanocrystals with silicon photonic crystal nanocavities near 1.55 microns at room temperature
我们观察到了硫化铅纳米晶体与二维硅纳米腔局域缺陷模的弱耦合。腔谐振的特点与合奏纳米晶体验证与冷腔测量使用集成波导。观察到腔场模式的偏振依赖性。在耦合实验中测得的线宽加宽相比，冷腔表征，部分原因是大均匀的纳米晶体的线宽。计算出的单个激子的Purcell因子为75，显示出在单光子系统中应用的前景。这些新型光源在室温下工作波长接近1.55微米，可以与当前的光纤通信网络集成。
2006-12-04 physics.optics
Ultrafast tunable lasers using lithium niobate integrated photonics
薄膜LNOI处理的最新进展已经实现了低损耗光子集成电路，具有改进的半波电压的调制器，电光频率梳和新型片上电光器件，应用范围从5G电信和微波光子到微波-光量子接口。锂酸盐集成光子电路同样可以成为集成窄线宽频率捷变激光器的基础。抛光的锂离子晶体谐振器的开创性工作导致了电调谐窄线宽激光器的发展。在这里，我们报告的低噪声频率捷变激光器的基础上，锂钛酸盐集成光子学，并证明其用于相干激光测距。这是通过超低损耗氮化硅光子电路与薄膜锂离子电池的异质集成通过直接晶片键合实现的。该平台具有8.5 dB/m的低传播损耗，通过自注入锁定到III-V半导体激光器二极管，实现窄线宽激光发射（固有线宽为3 kHz）。谐振腔的混合模式允许电光激光频率调谐在12 PHz/s的速度与高线性度，低滞后，同时保持窄线宽。使用这种混合集成激光器，我们进行了概念验证FMCW激光雷达测距实验，分辨率为15厘米。通过充分利用锂的高电光系数，进一步改进光子集成电路设计，这些器件可以在CMOS兼容电压下工作，或实现毫米级距离分辨率。将低损耗的氮化硅集成光子器件与锂离子酸盐结合，提供了一个具有宽透明窗口的平台，可用于实现从可见光到中红外的超快可调谐激光器，应用范围从OCT和LiDAR到环境传感。
2022-08-11 physics.app-ph physics.optics
Ultra Fast Nonlinear Optical Tuning of Photonic Crystal Cavities
我们演示了快速（高达20 GHz），低功耗（5 $μW$）调制的光子晶体（PC）腔中的GaAs含InAs量子点。利用带外皮秒激光脉冲注入自由载流子，实现了腔体共振蓝移的快速调制。慢调谐的几个线宽由于激光诱导加热也被证明。
2006-11-30 physics.optics
Sub-kHz-linewidth external-cavity laser (ECL) with Si$_{3}$N$_{4}$ resonator used as a tunable pump for a Kerr frequency comb
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；LioniX International B.V.（LioniX国际有限公司）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Vanguard Automation GmbH（先锋自动化有限公司）；Deeplight S.A.（Deeplight股份有限公司）
将直接带隙III-V材料中的光学增益与先进光子集成电路提供的可调谐光学反馈相结合，是芯片级外腔激光器（ECL）的关键，可提供宽带可调谐性和低光学线宽。外部反馈电路可以使用低损耗氮化硅（Si $_{3}$ N $_{4}$）波导来有效地实现，其不遭受双光子吸收并且因此可以处理比常规硅光子高得多的功率电平。然而，将基于III-V族的增益元件与可调谐外部反馈电路共同集成在芯片级模块中仍然是一个挑战，需要技术要求苛刻的异构集成技术或昂贵的高精度多芯片组装。在这项工作中，我们展示了Si $_{3}$ N $_{4}$为基础的混合集成ECL，利用3D打印的结构，如腔内光子引线键合和小平面附加微透镜的低损耗光学耦合与宽松的对准公差，从而克服了需要主动对准，同时保持多芯片集成技术的充分灵活性。在一个概念验证实验中，我们展示了一个ECL提供了一个90 nm的调谐范围（1480 nm - 1570 nm），片上输出功率超过12 dBm和边模抑制比高达59 dB。我们实现了979 Hz的固有线宽，这是报告的可比反馈架构的最低值之一。III-V增益元件和基于Si $_{3}$ N $_{4}$的可调谐反馈电路之间的腔内光子引线键合的光学损耗总计约为（1.6 $\pm$ 0.2）dB。我们使用的ECL作为一个可调谐泵浦激光器产生一个耗散克尔孤子频率梳。据我们所知，我们的实验代表了第一次演示的单孤子克尔梳产生…
2023-02-10 physics.optics
Electrospun light-emitting nanofibers as building blocks for photonics and electronics
由活性纤维制成的纳米材料有可能成为可见光和近红外范围内的发光源、激光器和电子器件的新功能部件
2013-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic bound states in the continuum governed by heating
本文研究通过加热调谐液晶共振层的光子晶体微腔，观察到多个连续域束缚态对应的消失共振谱线，并利用共振线宽在消失点附近的突变行为实现温度传感。
2023-07-04 physics.optics
Interplay between spontaneous decay rates and Lamb shifts in open photonic systems
在这封信中，我们描述了修改后的衰减率和光子兰姆（频率）移动的量子发射器的相邻的光子谐振器的谐振态。这种描述说明了封闭（保守）和开放（耗散）系统行为的根本区别：在封闭系统中，兰姆位移受到发射线宽的限制，而在开放系统中，它克服了这一限制。
2018-04-23 physics.optics
GaAs valley photonic crystal waveguide with light-emitting InAs quantum dots
我们报道了一种谷型光子晶体（VPhC）波导在GaAs平板与InAs量子点（QDs）作为内部光源开发的波导的实验特性。在两个拓扑不同的VPhCs之间的界面处形成的拓扑界面态被用作波导模式。我们证明了强大的传播近红外线发射的量子点，即使在存在尖锐的弯曲作为一个后果的拓扑保护的导模。我们的工作将是重要的，为开发强大的光子集成电路与小的足迹，以及探索有源半导体拓扑光子学。
2019-04-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Stimulated Brillouin Scattering in InGaP-on-Insulator Waveguides
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Adelaide University（阿德莱德大学）；The University of Sydney（悉尼大学）；Macquarie University（麦考瑞大学）
本文提出 InGaP-on-Insulator 集成平台，实现高增益（588 W⁻¹m⁻¹）和创纪录窄线宽（5.2 MHz）的受激布里渊散射，为可扩展布里渊光子学奠定基础。
2026-09-09 physics.optics
Size Scaling Law for Radiation Losses of Modes in Photonic Crystal Surface Emitting Devices
College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology（国防科技大学前沿交叉学院）；Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology（国防科技大学南湖激光实验室）；Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology（国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室）；Qingdao Innovation and Development Center, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学青岛创新发展基地）
本文通过理论分析揭示了光子晶体表面发射激光器中总腔损耗与器件尺寸的标度关系，即表面辐射损耗与L^{-2}成正比，边缘辐射损耗与L^{-3}成正比，为优化器件光学性能提供了设计准则。
2026-05-25 physics.optics
High-performance lasers for fully integrated silicon nitride photonics
具有超低光损耗的氮化硅（SiN）波导实现了集成光子应用，包括低噪声、窄线宽激光器、芯片级非线性光子学和微波光子学。激光器是SiN光子集成电路（PIC）的关键部件，但是由于它们与高折射率III-V增益材料的大失配，难以与低折射率SiN波导完全集成。最近的多层异质集成演示提供了一个实用的解决方案，并使第一代激光器与SiN波导完全集成。然而，在光子学应用聚集的电信波长处具有高器件成品率和高输出功率的激光器仍然缺失，受到大的模式转换损耗、非优化的腔设计和复杂的制造工艺的阻碍。在这里，我们报告了SiN上的高性能激光器，通过SiN波导和亚kHz基本线宽输出数十毫瓦，解决了所有上述问题。我们还表明，赫兹级的线宽激光器是可以实现的集成技术。这些激光器与高$Q$ SiN谐振器一起，标志着迈向全集成低噪声氮化硅光子平台的里程碑。这种激光器应该在激光雷达，微波光子学和相干光通信中找到潜在的应用。
2021-04-17 physics.app-ph physics.optics
Waveguide-coupled light emitting devices made of 2D materials
利用光子集成电路进行光学信息处理是纳米光子学领域的一个关键目标。广泛的研究工作已经导致在单个光子电路内集成有源和无源器件功能的显著进展。然而，迄今为止，核心组件之一-即光源-仍然是集成的挑战。在这里，我们展示了基于2D材料的片上光子学平台中的波导耦合电驱动光发射器。我们结合发光器件（LED），基于激子复合在过渡金属二硫属化物（TMD），与六方氮化硼（h-BN）光子波导在一个单一的范德华（vdW）异质结构。波导耦合光发射是通过将LED放置在两个h-BN板之间并将完整的vdW堆叠图案化成光子结构来实现的。我们演示的片上光产生和波导是未来集成vdW光电子学的关键组成部分。
2022-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental demonstration of dynamical input isolation in nonadiabatically modulated photonic cavities
调制光腔在通信、激光稳频、微波-光转换和频率梳产生等方面有着广泛的应用。然而，大多数研究仅限于绝热状态，其中调制的最大偏移或调制频率本身低于腔的线宽。在这里，使用嵌入式电光相位调制器的光纤环形谐振腔，我们调查的非绝热制度。通过在显著小于环形谐振器的自由光谱范围但远超出谐振器的线宽的频率下强烈驱动调制器，我们在实验上观察到Minkov等人在最近的理论研究中预测的违反直觉的行为[APL Photonics 2，076101（2017）]，例如即使当输入激光波长与光腔谐振时也完全抑制分出端口传输。这可以理解为腔与输入光的动态隔离。我们还显示了绝热和非绝热极限之间的系统的稳态响应的定性差异。我们的实验探索了一个很少探索的操作制度，这是有希望的集成光子系统中的应用与当前最先进的技术。
2018-11-30 physics.optics
Ultranarrow-linewidth self-injection-locked tunable blue GaN DFB laser
Univ Rennes, CNRS, Institut FOTON – UMR 6082（雷恩大学、法国国家科学研究中心、FOTON研究所）；Exail（Exail公司）；Indie Technologies Switzerland AG, EXALOS（瑞士Indie科技有限公司、EXALOS）
研究展示了452nm超窄线宽自注入锁定DFB二极管激光器，通过与基于FBG的外腔耦合降低线宽，实验与理论吻合，还表征了调谐能力，其架构利于集成，可为集成光学原子钟和水下激光雷达提供关键的紧凑稳定且可调的可见光光源。
2026-07-28 physics.optics
Breaking the cavity linewidth limit of resonant optical modulators
由于光调制器可以通过光的谐振循环来显著降低光发射机的功耗，因此在未来高性能计算系统和微处理器中，光调制器正被广泛地用于高能效的光子通信网络。然而，谐振调制器传统上遭受其功耗和最大操作比特率之间的权衡，这被认为是相反地取决于腔线宽。在这里，我们打破了这个线宽限制，使用硅microns。通过控制光进入和离开微腔的速率，我们证明了在高达40 GHz的频率下没有寄生腔线宽限制的调制，超过腔线宽的6倍。该设备工作在28 Gb/s，使用单端驱动信号小于1.5 V。结果表明，高Q谐振调制器可以被设计为同时低功耗和高速，功能是相互不兼容的典型谐振调制器研究的日期。
2012-06-22 physics.optics
Reconstructive Spectrometer using Photonic Crystal Cavity
光学光谱仪推动了广泛领域的科学和技术进步。虽然具有优异性能指标的复杂系统在受控实验室环境中很好地服务，但许多应用需要便携式、经济型和对光学未对准鲁棒的系统。在这里，我们提出并演示了一种光谱仪，它使用一个平面一维光子晶体腔作为色散元件和重建计算算法提取光谱信息的空间图案。光子晶体腔的简单制造和平面结构使我们的光谱分析平台经济且对光学未对准具有鲁棒性。重建算法允许小型化和便携性。由光子晶体腔透射的强度具有波长相关的空间分布。我们利用时域有限差分法得到了系统的空间透过率函数，并估计了色散关系。在我们的重建算法中，透射率函数作为传递函数。我们展示了各种输入光谱的准确估计。我们还表明，系统的光谱分辨率取决于腔线宽，可以通过增加分布布拉格反射镜中的周期层的数量来改善。最后，我们用实验方法估计了未知发光二极管光谱的中心波长和线宽。估计值与使用商业光谱仪测量的值吻合良好。
2021-04-28 physics.optics
Free-Running Ring Quantum Cascade Laser with 50 kHz Linewidth
Université de Neuchâtel（纳沙泰尔大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本研究通过噪声特性分析，展示了一种在7.7微米附近发射单频模式的自由运行环量子级跃迁激光器，其线宽接近50 kHz，相比现有技术提高了至少六倍，同时证明其可用于频率调制光谱学，为中红外高精度测量和光谱应用开辟了新可能。
2026-05-18 physics.optics
Hertz-linewidth and frequency-agile photonic integrated extended-DBR lasers
本文提出基于RSOA与超低损耗Si3N4平台上可调谐扩展DBR及压电执行器的频率捷变集成激光器，结合螺旋谐振器自注入锁定实现赫兹级线宽，兼具高速调谐、高功率和小尺寸，满足FMCW激光雷达等应用需求。
2023-07-10 physics.app-ph physics.optics
A narrow-linewidth III-V/Si/Si3N4 laser using multilayer heterogeneous integration
氮化硅（Si 3 N4）作为互补金属氧化物半导体（CMOS）材料，在现代集成电路（IC）技术中得到广泛应用。在过去的十年里，Si 3 N4在光子学领域取得了巨大的发展，在非线性光子学，光学传感等方面取得了创新。然而，缺乏高性能的集成激光器阻碍了Si 3 N4波导大规模集成到复杂的光子集成电路（PIC）中。在这里，我们展示了一种新的III-V/Si/Si 3 N4结构，使有效的电泵浦激光在Si 3 N4基激光器外腔。与纯粹依赖半导体的激光器相比，该激光器显示出优异的温度稳定性和低相位噪声。除此之外，所展示的多层异质集成提供了一个实用的路径，将各种低折射率材料的有效的光学增益。多层异质集成可以扩展半导体激光器的能力，以提高性能，并实现新一类器件，如集成光学时钟和光学陀螺仪。
2019-11-01 physics.app-ph physics.optics
Kilowatt-level Yb-Raman fiber amplifier with narrow-linewidth and near-diffraction-limited beam quality
以1120 nm的典型发射波长为例，首次实现了基于混合镱拉曼（Yb-Raman）增益的高效率、窄线宽千瓦级全光纤放大器。值得注意的是，两个时间稳定，相位调制的单频激光器工作在1064 nm和1120 nm，分别应用在光纤放大器中，以减轻光谱展宽的1120信号激光，并抑制受激布里渊散射（SBS）效应的同时。获得了1 kW以上的窄线宽1120 nm信号激光，斜率效率约为77%，光束质量M2约为1.21。通过在种子激光器和主放大器之间引入放大的自发发射（ASE）滤波系统，有效地抑制了放大器中的ASE噪声。进一步研究了两束种子激光功率比对转换效率的影响，结果表明，当1120 nm种子激光功率比在31%~ 61%范围内时，该放大器可以有效地工作。总体而言，该装置为获得工作在1100-1200 nm范围内的高功率窄线宽光纤激光器提供了很好的参考。
2019-10-27 physics.optics
Pump-locked microcavity Brillouin laser
针对传统微腔激光器泵浦频率锁定系统复杂、成本高的问题，提出利用微腔瑞利散射的全光泵浦锁定方法，实现了超窄线宽、高长期稳定性且无需温控隔振的微腔布里渊激光器，为多领域提供低成本实验平台。
2024-04-15 physics.optics
Towards optimization of photonic-crystal surface-emitting lasers via quantum annealing
光子晶体面发射激光器（PCSEL）利用光子晶体内部的二维（2D）光学谐振产生激光，具有单模高功率工作和任意偏振控制等突出功能。尽管大多数PCSEL的先前设计采用空间均匀的光子晶体，但是如果优化光子晶体的空间分布变得可能，则预期可以进一步改善激光发射性能。在本文中，我们研究的结构优化的PCSELs通过量子退火向高功率，窄光束发散与线偏振操作。PCSEL的优化通过以下三个步骤的迭代来执行：（1）激光性能的时间相关3D耦合波分析，（2）经由因子分解机的激光性能的公式化，以及（3）经由量子退火的最优解的选择。通过使用这种方法，我们成功地发现了一个先进的PCSEL的带边频率和注入电流的非均匀空间分布，同时使更高的输出功率，更窄的发散角，和更高的线偏振比传统的均匀PCSELs。我们的研究结果可能表明量子退火的普遍适用性，到目前为止，量子退火主要应用于特定类型的离散优化问题，用于智能制造领域的各种物理和工程问题。
2022-09-24 physics.app-ph physics.optics
Narrow linewidth semiconductor lasers based on nonlinear self-injection locking
本文提出非线性自注入锁定技术，利用光纤布里渊振荡器反馈和电光调制实现递归线宽压缩，在商用DFB激光器上实现亚赫兹线宽，并给出CMOS兼容集成方案。
2023-09-18 physics.optics
Photonic circuits for laser stabilization with ultra-low-loss and nonlinear resonators
本文提出结合集成布里渊非线性与超低损耗Si$_3$N$_4$波导谐振器的片上激光稳定方案，实现330 Hz积分线宽和6.5×10$^{-13}$分数频率稳定度，推动稳定激光器芯片化。
2021-07-08 physics.ins-det physics.optics
Coherent Power Scaling in Photonic Crystal Surface Emitting Laser Arrays
本文研究光子晶体表面发射激光器（PCSEL）的功率扩展问题，提出采用二维相干阵列方案，并在二元和三元阵列中验证了通过降低面内损耗可提高系统差分效率。
2020-11-09 physics.app-ph physics.optics
Active beam steering enabled by photonic crystal surface emitting laser
向按需方向发射光对于各种光电应用（诸如光通信、显示和测距）是重要的。然而，几乎所有现有的定向发射器都是无源光学天线和外部光源的组件，其通常体积庞大、易碎并且具有难以忍受的光功率损失。在这里，我们从理论上提出并实验证明了一种新的概念设计的定向发射器，通过使用一个单一的表面发射激光源本身来实现动态控制光束转向。激光器建立在光子晶体上，光子晶体在连续谱中的带边缘附近工作。通过将激光器的尺寸缩小到几十个波长，光学模式在三维动量空间中相互作用，并且每个模式都指向远场辐射。进一步利用电流注入下的发光光谱移位效应，我们连续地选择一系列模式进入激光作用，并显示激光器保持在单模操作，线宽最小为$1.8$ MHz，发射功率为$\sim$ 10毫瓦，我们展示了在$500$纳秒的时间尺度内在$3.2^\circ \times 4^\circ$范围内的快速光束转向。我们的工作提出了一种用于片上主动光束转向的新方法，这可以为汽车，工业和机器人应用的发展铺平道路。
2022-10-07 physics.app-ph physics.optics
Monolithic integration of blue light sources into silicon nitride photonic chips
本研究从理论上探索了单片集成蓝光光源的氮化硅光子芯片，通过结合漂移扩散与麦克斯韦方程构建模型优化参数，为异质集成蓝光光子电路提供了可行方案。
2024-12-05 physics.optics
Void Engineering in Epitaxially Regrown GaAs-Based Photonic Crystal Surface Emitting Lasers by Grating Profile Design
我们报道了用金属有机气相外延再生长技术实现的GaAs基光子晶体表面发射激光器中的空气空隙工程。通过在再生长之前修改反应器内的光子晶体光栅轮廓来获得两种不同的空隙几何形状。空洞形成的机制是从扫描透射电子显微镜分析推断，与说明通过使用的AlAs/GaAs超晶格结构的生长前沿的演变。利用（100）表面的快速横向生长与跨越较高折射率平面的缓慢扩散之间的竞争以增加空隙体积，从而导致阈值电流的数量级减小以及通过相关光栅耦合强度的增加而增加输出功率。
2020-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
GHz Rate Neuromorphic Photonic Spiking Neural Network with a Single Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL)
垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有低功耗、高调制速度、结构紧凑、易于制造等优点，是一种非常有前途的用于构建神经形态光子信息处理系统的器件。特别令人感兴趣的是VCSEL能够表现出神经样的尖峰响应，就像生物神经元一样，但在超快的亚纳秒速率;因此为高速光使能的神经形态（基于尖峰）处理器提供了巨大的前景。最近的工作已经显示出使用VCSEL中的尖峰动态用于模式识别和图像处理问题，例如图像数据编码和边缘特征检测。此外，VCSEL最近也被用作光子储备池计算（RC）实现中的非线性元件，产生了出色的现有技术操作。这项工作介绍和实验演示了第一次的Ghz速率光子脉冲神经网络（SNN）的新概念，建立了一个单一的VCSEL神经元。所报道的系统有效地实现了基于VCSEL的光子尖峰水库计算机，并展示了其成功应用于复杂的非线性分类任务。重要的是，所提出的系统受益于高度硬件友好、廉价的实现（用单个VCSEL和现成的光纤组件构建），用于高速（GHz速率输入）和低功率（亚mW光输入功率）光子操作。这些结果为未来基于VCSEL（或其他激光类型）的基于神经形态光子尖峰的信息处理系统开辟了新的途径，用于新型超快机器学习和AI硬件。
2022-06-15 cs.ET physics.optics
Widely tunable and narrow linewidth chip-scale lasers from deep visible to near-IR
宽调谐和窄线宽集成激光器在所有可见光波长是必要的，使芯片上的技术，如量子光子学，光学捕获和生物光子学。然而，由于集成光学器件在短波长下的强波长灵敏度和高损耗，这种激光器尚未实现。在这里，我们克服了这些挑战，并展示了芯片级可见光激光器平台，使用紧密限制，微米级氮化硅谐振器和商业法布里-珀罗激光二极管。实现了深蓝（450 nm）、蓝光（488 nm）、绿光（520 nm）、红光（660 nm）和近红外（785 nm）波段的窄线宽可调谐激光输出，粗调谐波长可达12 nm，细调谐波长可达33.9 GHz，线宽可达亚kHz，边模抑制比> 35 dB，光纤耦合功率可达10 mW。我们芯片级激光器的这些规格与最先进的商业激光系统相当，使其成为下一代可见光技术的强大工具。
2021-09-17 physics.optics
