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
Focusing Optical Phased Array for Optically Enabled Probing of the Retina with Subcellular Resolution
本研究提出一种工作于522 nm的氮化硅基聚焦光学相控阵,可补充微电极阵列实现视网膜电-光联合探测,通过波长调谐与简化热光移相器组合实现光束转向,达成1.4 μm的亚细胞分辨率靶向细胞激发。
2024-06-20 physics.app-ph physics.optics
Implantable silicon neural probes with nanophotonic phased arrays for single-lobe beam steering
本研究提出集成端射光学相控阵与平板光栅的硅神经探针,在超过60%转向范围内形成单瓣可转向光束并实现至少4 dB背景抑制,用于脑深部光遗传学刺激。
2024-04-03 physics.bio-ph physics.optics
Mid-infrared 2D nonredundant optical phased array of mirror emitters in an InGaAs/InP platform
本研究制备出首个中红外二维非冗余光学相控阵,结合全内反射镜面发射器与30单元非冗余阵列,在4.6μm波长下实现光束偏转,推动了中红外光子集成技术发展。
2024-04-12 physics.app-ph physics.optics
An air-spaced virtually imaged phased array with 94 MHz resolution for precision spectroscopy
Leibniz Institute for Plasma Science and Technology (INP)(莱布尼兹等离子体科学与技术研究所);Experimental Physics V – Spectroscopy of Atoms and Molecules by Laser Methods, Faculty of Physics and Astronomy, Ruhr University Bochum(波鸿鲁尔大学物理与天文学学院实验物理学V系(激光方法原子和分子光谱学))
该研究提出了一种无需光学滤波腔的空气间隔虚拟成像相位阵列光谱仪,实现了250 MHz重复率的中红外频率梳模式分辨,提供94 MHz的高分辨率,用于高精度分子光谱学。
2024-11-20 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Bridging Theory and Experiment in Virtually Imaged Phased Array (VIPA) Spectrometers
National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校)
本文提出了一种框架,用于识别VIPA光谱仪分辨率限制参数,并通过实验实现了高解析率的中红外光谱仪,验证了理论与实验之间的差距。
2026-09-09 physics.ins-det physics.optics
Open-Air, Broad-Bandwidth Trace-Gas Sensing with a Mid-Infrared Optical Frequency Comb
利用放大的100 MHz Yb:Fiber锁模激光器泵浦光参量振荡器(OPO)产生中红外频率梳。我们使用这个源,使测量的浓度的大气相关物种的CH4和H2O在100 nm的带宽为中心,在3.25微米。每种物质的多个吸收线检测与毫秒采集时间使用虚拟成像相控阵(VIPA)光谱仪。测得的波长相关的吸收曲线进行比较,并拟合模型,产生的大气中的浓度的甲烷和H2O在一个受控的室内环境,以及超过26米的露天室外路径的定量值。
2014-11-10 physics.optics
Photonic RF and microwave reconfigurable filters and true time delays based on an integrated optical Kerr frequency comb source
我们展示了先进的横向射频(RF)和微波功能的基础上产生的集成微环谐振器的克尔光梳源。我们实现了极高的性能,光学真时间延迟,旨在可调相控阵天线的应用,以及可重构的微波光子滤波器。我们的结果与理论相符。我们表明,我们的真实时间延迟将产生一个相控阵天线的功能,包括高角分辨率和宽范围的波束转向角,而微波光子滤波器具有高Q值因子,宽带可调谐性,和高度可重构的滤波形状。这些结果表明,我们的方法是一个有竞争力的解决方案,实现可重构,高性能和潜在的低成本的射频和微波
2018-01-31 physics.app-ph physics.optics
Narrow beam and low-sidelobe two-dimensional beam steering on thin-film lithium niobate optical phased array
本文提出一种基于非均匀间距X切薄膜铌酸锂脊波导阵列的二维电光扫描光学相控阵,结合超晶格设计与粒子群优化,实现了0.99度*0.63度窄波束、47度*9.36度宽扫描范围及20 dB旁瓣抑制。
2025-06-27 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical antennas for on-chip beam-steering
对辐射光场方向的快速和低功耗控制是光子学的一个主要挑战,也是新兴传感器和自由空间通信链路的关键使能技术。目前的方法基于庞大的电动组件是有限的,其高成本和功耗,而片上光学相控阵面临的挑战,在缩放和可编程性。在这里,我们提出了一个固态的方法,使用光机天线波束转向。我们结合了最新的进展,同时控制的光学和机械波的显着进步,在芯片上的光学相控阵列,使低功耗和全二维光束转向的单色光。我们提出了一种设计的硅光子系统的光子-声子波导,实现了44 $^{\circ}$的视野与$880$可分辨的斑点,通过扫描机械波长约一毫瓦的机械功率。使用机械波作为非互易性,主动光栅允许我们快速重新配置光束方向,光束形状和光束数量。它还使我们能够区分我们发送和接收的光。
2017-10-11 physics.optics
All-optical retrieval of the global phase for two-dimensional Fourier-transform spectroscopy
空间干涉图案和光谱干涉术的组合被用来找到非共线的二维傅里叶变换(2DFT)光谱的全局相位。结果进行了比较,使用光谱分辨瞬态吸收(STRA)的方法来找到全球的相位时,激发与共线偏振。此外,交叉线性偏振2DFT光谱使用全光学技术正确定相,其中SRTA不适用。
2011-12-12 physics.optics
Thermally Controlled Comb Generation and Soliton Modelocking in Microresonators
我们报告的第一个演示的热控制孤子锁模频率梳产生的微谐振器。通过控制电流通过加热器集成氮化硅微谐振器,我们展示了一个系统的和可重复的路径,单和多孤子锁模状态,而无需调整泵浦激光波长。这种方法可以大大简化锁模频率梳的生成,并促进诸如基于芯片的双梳光谱的应用。
2016-04-21 physics.optics
Comb-Based Radio-Frequency Photonic Filters with Rapid Tunability and High Selectivity
光子技术在增强射频(RF)电系统方面受到了相当大的关注,包括高频模拟信号传输、相控阵列控制、模数转换和信号处理。尽管已经大量讨论了射频光子学在宽RF带宽上实现可调谐电滤波器的潜力,但是实现具有高度选择性滤波器线型和快速可重构性的可编程滤波器面临着重大挑战。基于频率梳的射频光子滤波器的一种新方法提供了一种潜在的途径,同时高阻带衰减,快速可调谐性,带宽重新配置。在一种配置中,通过控制梳齿之间的光学延迟,以前所未有的(~40 ns)速度证明了RF通带频率的调谐。在第二种固定滤波器配置中,级联四波混频同时加宽和平滑梳状谱,导致高斯RF滤波器线形表现出极高(>60 dB)的主瓣与旁瓣抑制比和(>70 dB)的阻带衰减。
2012-06-25 physics.optics
Walk-off controlled self-starting frequency combs in $χ^{(2)}$ optical microresonators
$χ^{(3)}$光学微谐振器中的频率梳的研究是近年来的一个热点。转换为$χ^{(2)}$谐振器有望进一步发展,并带来新的挑战。这里,梳状波的产生不仅需要耦合的第一和第二谐波(FH和SH)和两个色散系数,而且还需要群速度的实质性差异-空间走离。我们预测走离控制的高度稳定的梳状生成,大大不同于已知的$χ^{(3)}$的情况下。这包括反周期状态的一般概念,形成相干的反周期稳定状态(孤子),其中FH和SH信封移动一个共同的速度没有形状变化,表征的家庭的反周期稳定状态,和梳状谱的依赖泵功率和群速度差。
2020-03-23 physics.optics
Ultrafast dynamic beam steering with optical frequency comb arrays
本文提出利用光学频率梳阵列实现约9.8 GHz速率、100%占空比的超快动态光束转向,并结合VIPA色散特性实现连续与离散角度运行切换,为高灵敏度多维成像和片上集成光子实现提供了新方案。
2024-04-09 physics.optics
Spectrally resolved optical frequency comb from a self-referenced 5 GHz femtosecond laser
报道了一台重复频率为5GHz的钛宝石锁模飞秒激光器。微结构光纤中24 fs脉冲的光谱展宽产生倍频程跨越光谱,并允许发射的飞秒激光频率梳(FLFC)的自参考和主动稳定。5GHz FLFC的各个模式的解决与高分辨率光谱仪的基础上虚拟成像相控阵(VIPA)光谱色散。单梳状元件在微瓦级平均功率水平的隔离证明。高功率,频率稳定的5GHz激光器和它的许多模式的直接分辨率的组合将有利于直接频率梳光谱的应用。此外,这种稳定的FLFC应该作为一个有用的工具,直接模式傅立叶合成任意的光波形。
2007-07-03 physics.atom-ph physics.optics
Phase-controlled dual-comb coherent anti-Stokes Raman spectroscopic imaging
相干拉曼显微镜通过询问生物分子的固有振动来提供无标记成像。然而,高化学特异性和高成像速度之间的权衡目前存在于从光谱学到光谱成像的过渡中,当捕获复杂生命系统中的动态时。在这里,我们提出了一个新的概念,在双梳计划,以大大击败这种权衡,并促进高分辨率宽带相干反斯托克斯拉曼光谱成像的基础上下变频,自动变化的延迟时间在光谱聚焦激发。振动显微光谱的快速测量在亚微秒尺度上的光谱跨度~700 cm-1与固体信噪比提供了访问的指纹区域内的良好解析的分子签名。我们证明了这种高性能的光谱成像的空间不均匀分布的化学物质,以及在植物细胞中的类胡萝卜素积累。这种技术提供了一个前所未有的宽带CARS成像与数百kHz的帧速率使用现有的1 GHz振荡器的路线。
2017-02-11 physics.optics
Sculpting harmonic comb states in terahertz quantum cascade lasers by controlled engineering
针对太赫兹量子级联激光器中特定阶次谐波频率梳可控生成的难题,提出通过在双金属法布里-珀罗QCL顶面刻蚀等间距缺陷的策略,实现了预设阶次的宽带谐波梳发射,创下单模光功率约270μW的纪录。
2023-11-06 physics.optics
Ultrafast optical ranging using microresonator soliton frequency combs
光探测和测距(LIDAR)对科学和工业中的许多领域至关重要。在过去的十年中,光学频率梳被证明在光学测距中具有独特的优势,特别是在高精度的快速距离获取方面。然而,目前基于梳的概念不适合新兴的大批量应用,如无人机导航或自动驾驶。这些应用严重依赖于LIDAR系统,不仅准确和快速,而且紧凑,坚固,适合成本效益的大规模生产。在这里,我们展示了集成耗散克尔孤子(DKS)梳状源提供了一条通往芯片级LIDAR系统的途径,该系统将亚波长精度和前所未有的采集速度与利用先进的光子集成概念进行晶圆级大规模生产的机会相结合。在我们的实验中,我们使用一对自由运行的DKS梳,每个梳提供超过100个载波的大规模并行合成波长干涉测量。我们展示了双梳距离测量与创纪录的低艾伦偏差下降到12纳米,平均时间为14 $μ$ s,以及超快测距前所未有的测量速率高达100 MHz。我们证明了我们的技术的可行性,通过采样的自然散射表面的气枪弹丸飞行在150米/秒(马赫0.47)。将集成的双梳状激光雷达引擎与芯片级纳米光子相控阵相结合,这种方法可以在新兴的大规模应用中广泛使用紧凑型超快测距系统。
2017-07-20 physics.optics
An optical micro-comb with a 50GHz free spectral range for photonic microwave true time delays
我们展示了显着改善的微波真时间延迟线(TTDL)的性能的基础上集成的微环谐振器(MRR)克尔光梳源的信道间隔为49 GHz,对应于81个通道的C波段。宽带微梳,具有49GHz的创纪录的低自由频谱范围,导致大量的梳状线的TTDL,大大降低了系统的尺寸,成本和复杂性。大的通道数导致相控阵天线(PAA)的高角分辨率和宽的波束转向可调谐范围。PAA性能的增强与理论相匹配,证实了我们的方法作为在雷达和通信系统中实现紧凑型低成本TTDL的竞争性解决方案的可行性。
2017-10-30 physics.app-ph physics.optics
Electro-optically controlled divided-pulse amplification
在原理验证实验中提出了一种新的分脉冲放大技术。从锁模振荡器的脉冲训练中切出的脉冲群被放大并在时间上组合成单个脉冲。高的合成效率和优异的脉冲对比度被证明。该系统主要是光纤耦合的,从而实现高干涉稳定性。这种方法提供了对要放大的突发中的各个脉冲的幅度和相位的访问,潜在地允许补偿突发内的增益饱和和非线性相位失配。因此,该技术使得脉冲激光系统的峰值功率和脉冲能量的缩放能够超出当前普遍的限制。
2021-01-21 physics.optics
A high-resolution microresonator-frequency-comb spectrometer
本文提出基于耗散克尔孤子微梳、双边带调制和VIPA-光栅并行检测的光谱仪,在4 THz带宽内实现200 kHz分辨率并具备小型化潜力。
2025-03-13 physics.optics
X-ray frequency combs from optically controlled resonance fluorescence
提出了一种X射线脉冲整形方案,将光学频率梳印在受驱动的X射线跃迁辐射上,从而产生X射线频率梳.用一个四能级系统描述了窄带X射线、光学辅助激光和光学频率梳驱动N离子的能级结构.通过包括发射的共振荧光的多粒子增强,预测光谱由以X射线跃迁能量为中心并且由与驱动光学频率梳相同的齿间距分开的等间隔窄线组成。给定一个已知的X射线参考频率,我们的梳可以用来确定一个未知的X射线频率。虽然依赖于用于驱动离子系综的光场的质量,但该模型在从100 eV到keV范围的能量下具有有效性。
2013-12-17 physics.atom-ph physics.optics
Terahertz Voltage-controlled Oscillator from a Kerr-Induced Synchronized Soliton Microcomb
提出利用Kerr诱导同步控制集成频率梳的太赫兹重复频率,实现太赫兹压控振荡器,通过调制参考激光器将微波波形转移至微梳,获得高相干太赫兹载波频率梳。
2024-04-25 physics.app-ph physics.optics
Photoacoustic phase-controlled Fourier-transform infrared spectroscopy
我们证明了13倍的速度提高宽带拉曼增强光声光谱(CEPAS)相结合,它与相位控制傅里叶变换光谱(PC-FTS),而不是传统的傅里叶变换红外光谱(FTIR)。PC-FTS是FTIR的改进,能够从根本上更快地获取干涉图。速度的提高是有益的CEPAS,这是一个特别敏感的版本的无背景光声光谱技术。我们使用PC-FTS-CEPAS技术,以光学频率梳为光源,测量了甲烷在中红外区域(3.3 $-$ ~ 3.5 $μ$ m)的吸收光谱。
2022-12-20 physics.chem-ph physics.ins-det physics.optics
Optical surface waves supported and controlled by thermal waves
我们解决的光学表面波的形成在半导体材料的调制光束,产生热波迅速衰落的散装材料照射的边缘。我们发现,由于热致折射率调制和瞬时克尔型非线性的共同作用,存在的家庭的无阈值表面波。
2008-01-28 nlin.PS physics.optics
Reducing Polarization Mode Dispersion With Controlled Polarization Rotations
光纤中的高比特率、长距离通信的基本限制之一是偏振模色散(PMD)。在这里,我们介绍了一种概念上的新方法,以减少PMD在光纤中进行控制旋转的偏振在沿光纤的预定位置。这些受控偏振旋转之间的距离必须小于光纤的拍长和模耦合长度。这种方法也可以与纤维在拉伸时旋转的方法结合。分析了缺陷对该方法效率的影响。
2006-06-02 physics.optics quant-ph