Generation of 0.7 mJ multicycle 15 THz radiation by phase-matched optical rectification in lithium niobate
我们证明了有效的多兆太赫兹脉冲产生在14.6太赫兹从大面积的锂钛酸盐晶体通过使用高能量(高达2 J)飞秒钛:蓝宝石激光脉冲。这种太赫兹辐射是由锂离子电池中的相位匹配光学整流产生的。在实验上,我们实现了最大太赫兹能量为0.71 mJ的转换效率为$\sim$ 0.04%。我们还发现,最佳太赫兹转换的有效相互作用长度是从根本上限制太赫兹吸收,激光脉冲的材料色散拉伸,和太赫兹诱导的非线性级联效应的驱动激光脉冲。
2020-03-26 physics.optics
Monolithic integration of a high-quality factor lithium niobate microresonator with a free-standing membrane waveguide using femtosecond laser assisted ion beam writing (FLAIBW)
我们展示了一个高品质因数的锂酸盐微盘谐振器与一个独立的薄膜波导集成。我们的技术是基于飞秒激光直写产生的预结构,然后通过聚焦离子束铣削,降低了制造的结构的侧壁的表面粗糙度到纳米级。实现了集成波导与微盘之间的高效光耦合,测得微谐振器的品质因数高达1.67* 10 ^5。
2017-01-19 physics.optics
Half-percent terahertz generation efficiency from cryogenically cooled lithium niobate pumped by Ti:sapphire laser pulses
在低温冷却温度为100 K时,利用倾斜脉冲前沿技术,在800 nm波长、脉宽约150 fs的放大钛宝石激光脉冲泵浦下,在钛酸锂晶体中获得了0.5%的光-太赫兹(THz)能量转换效率。与在室温下实现的0.18%的最佳转换效率相比,我们在低温冷却晶体后由于THz吸收的减少而实现了转换效率的2.5倍以上的增强。通过优化THz辐射的外耦合、泵浦能量的传输以及通过进一步降低锂晶体中的THz吸收,可以进一步提高转换效率。
2016-01-26 physics.optics
Near-optimal intense and powerful terahertz source by optical rectification in lithium niobate crystal
使用一个负担得起的镱激光器与一种新的脉冲压缩技术相结合的能量亚mJ,我们展示了一个极具竞争力的国家的最先进的太赫兹(THz)源的平均功率为53 mW和310 kV/cm的焦点从倾斜的脉冲前泵浦计划在室温下在锂碳酸盐。该演示的关键点包括使用280 fs的泵浦脉冲持续时间与阶梯镜相结合。我们的研究结果提出了无与伦比的组合特性,并具有很强的竞争力,与现有的太赫兹源泵浦在兆焦耳范围。这次演示是朝着获得强烈和强大的THz脉冲的民主化迈出的一步。
2022-05-24 physics.optics
Ultra-high Q lithium niobate microring monolithically fabricated by photolithography assisted chemo-mechanical etching
本文通过优化光刻辅助化学机械刻蚀工艺,实现与总线波导单片集成的超高Q值铌酸锂微环,间隙仅3.8微米,经高温退火后本征Q值达4.04×10^7,传播损耗低于1 dB/m,较以往最佳结果提升约3倍。
2023-06-18 physics.app-ph physics.optics
Pulse Sequences for Efficient Multi-Cycle Terahertz Generation in Periodically Poled Lithium Niobate
提出了利用激光脉冲序列驱动低温冷却的周期性极化极化锂离子电池中的高能量、高峰值功率和多周期太赫兹脉冲的级联差频产生。考虑太赫兹波与光波的耦合非线性相互作用的详细模拟表明,在几百皮秒的太赫兹脉冲宽度下,可以实现前所未有的光-太赫兹能量转换效率> 5%,峰值电场达到几百兆伏/米。所提出的方法,以规避激光诱导的损伤,在焦耳级泵浦1 $μ$ m激光器,使多周期太赫兹源的脉冲能量>> 10毫焦耳。提出并分析了各种脉冲序列格式。介绍了考虑级联差频产生、自相位调制、级联二次谐波产生和激光损伤的周期极化结构的数值计算。前所未有的研究物理太赫兹产生在这种高转换效率的制度,限制和实际考虑进行了讨论。沿晶体长度改变极化周期和进一步减少吸收被示出导致甚至更高的能量转换效率>> 10%。一个有效的任意脉冲格式和重要情况下的封闭形式的表达式的解析公式。优化转换效率在0.1-1太赫兹范围内,相应的峰值电场,晶体长度和太赫兹脉冲特性的参数提供。
2016-06-16 physics.optics
Terahertz Generation in Lithium Niobate Driven by Ti:Sapphire Laser Pulses and its Limitations
实验研究了室温下掺钛蓝宝石激光器驱动的800 nm ~ THz能量转换极限。研究了泵浦中心波长、脉冲宽度和能量密度对太赫兹产生的影响。我们实现了0.12%的高峰值效率,使用转换限制150 fs脉冲和观察到的光太赫兹转换效率在15 mJ/cm 2的注量饱和。我们通过实验确定了两个主要的限制缩放的光到太赫兹转换效率:(i)大的光谱展宽的光泵谱与大的角度色散的倾斜脉冲前沿和(ii)自由载流子吸收太赫兹辐射由于多光子吸收的800 nm的辐射。
2014-06-19 physics.optics
Far infrared to terahertz widely tunable narrow linewidth light source via surface-emitting periodically poled thin film lithium niobate waveguides
本文提出利用表面发射周期性极化薄膜铌酸锂波导实现远红外至太赫兹宽可调窄线宽光源,通过差频产生模拟证明在30 THz处可实现25 THz宽调谐范围。
2023-06-01 physics.optics
Average-power scalability of multi-cycle terahertz sources based on periodically poled lithium niobate stacks
本文首次研究了基于PPLN晶圆堆叠的窄带多周期太赫兹源的高平均功率可扩展性,通过高能量飞秒激光器在10-kHz下实现26.4 mW输出,并揭示了强透镜效应的限制及缓解策略。
2025-09-16 physics.optics
Monolithic Multi-parameter Terahertz Nano-micro Detector Based on Plasmon Polariton Atomic Cavity
本文提出基于单原子层石墨烯的等离极化激元原子腔PPAC,实现室温、超宽频段内强度、频率与偏振多参数单片探测,并用于太赫兹偏振编码通信和隐身成像。
2024-06-17 physics.app-ph physics.optics
Sub-terahertz optomechanics
本文在薄膜铌酸锂悬空跑道谐振器中实现了亚太赫兹频段的光力学,通过腔光力学耦合读出极高频机械振荡,为高温量子机械系统发展奠定基础。
2024-05-01 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic monolithic lithium niobate directional coupler switches
从高速光通信开始,锂离子电池(LN)由于其大的电光响应、宽的透明窗口、优异的热稳定性和长期的材料可靠性而成为电光调制器的首选材料。传统的LN电光调制器虽然仍然是光电工业的主力,但逐渐变得过于庞大、昂贵和耗电,无法完全满足该工业向高度集成、成本有效和能量有效的组件和电路快速发展的需求。最近开发的单片LN纳米光子平台使得能够实现在紧凑性、带宽和能量效率方面显著改善的电光调制器,同时仍然需要相对长的毫米级相互作用长度。在这里,我们成功地处理了这一挑战,并展示了等离子体激元电光定向耦合器开关组成的两个紧密间隔nm薄的金纳米条单片制造的LN基板上,引导耦合的电磁模式和电信号影响他们的耦合,从而实现超紧凑的开关和modulatiofunctionality。由两个纳米条产生的慢等离子体激元模式和静电场的极端限制以及它们近乎完美的空间重叠使我们能够用20- $μ$ m长的开关实现90%的调制深度,其特征在于电光调制效率为0.3 Vcm。我们的单片LN等离子体平台可实现高性能有源光子器件的超密集集成,从而满足各种要求$μ$ m级基底面、超快运行、稳健设计和高环境稳定性的高性价比光通信应用。
2019-07-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Wafer-scale low-loss lithium niobate photonic integrated circuits
薄膜铌酸锂(LN)光子集成电路(PIC)可以在电光和非线性光学器件中实现超高性能。迄今为止,实现仅限于芯片级概念验证。在这里,我们展示了单片LN PIC制作在4英寸和6英寸的晶圆深紫外光刻和显示平滑和均匀的蚀刻,实现0.27 dB/cm的光传播损耗的晶圆级。我们的研究结果表明,LN PIC从根本上是可扩展的,可以是高度成本效益。
2020-07-03 physics.app-ph physics.optics
Terahertz waveform synthesis from integrated lithium niobate circuits
桥接“太赫兹(THz)间隙”依赖于在THz域中合成任意波形,从而实现需要用于感测的窄带源和用于经典和量子对象的少周期驱动的应用。然而,这些应用所需的定制波形的实现目前受到阻碍,由于有限的灵活性,在大块晶体中的飞秒脉冲的光学整流。在这里,我们通过实验证明,薄膜锂离子电池(TFLN)电路提供了一个通用的解决方案,通过结合复杂的集成架构,低损耗的泵浦脉冲片上分布的优点,这样的波形合成,和一个有效的光整流。我们的分布式脉冲相位匹配方案授权通过设计师片上组件成形所发射的THz场的时间、光谱、相位、幅度和远场特性。这严格地规避了由传统系统中的相位延迟失配引起的先前限制,并且放松了对泵浦光的繁琐的光谱预设计的要求。我们提供了一个工具箱的基本块,产生宽带发射高达680 GHz的自适应相位和相干特性,通过使用近红外泵浦脉冲能量低于100 pJ。
2022-04-25 physics.optics
An electro-optically tunable arrayed waveguide grating fabricated on thin film lithium niobate
本研究设计并制备了8通道薄膜铌酸锂阵列波导光栅,通过单片集成微电极实现电光可调,实验测得通道间隔200 GHz,波长调谐效率10 pm/V。
2024-07-21 physics.app-ph physics.optics
Scalable terahertz generation by large-area optical rectification at 80 TW laser power
我们展示了高能量太赫兹产生从一个大口径(75毫米直径)的锂硼酸盐晶片通过使用飞秒激光能量高达2 J。该方案利用光学整流在散装锂硼酸盐晶体,其中最太赫兹能量是从一个薄层的后表面发射。尽管其简单的设置,该方案可以产生0.19 mJ的太赫兹能量,激光到太赫兹的转换效率为~ 0.01%,约3倍,比ZnTe在800 nm泵浦时。实验装置是可升级的多兆焦耳太赫兹产生与拍瓦激光泵浦。
2019-07-17 physics.optics
Broadband monolithic extractor for metal-metal waveguide based terahertz quantum cascade laser frequency combs
我们提出了一个单片解决方案,有效地提取光从太赫兹量子级联激光器与金属-金属波导适合宽带频率梳应用。该设计针对中心频率为2.6 THz的500 GHz带宽进行了优化。与标准金属-金属波导相比,观察到总输出功率增加了五倍。该提取器具有单瓣远场图案,并增加了频率梳的动态范围,以覆盖超过50%的激光动态范围。频率梳操作高达670 GHz的频谱带宽实现。
2017-03-29 physics.optics
Monolithically Integrated Optical Convolutional Processors on Thin Film Lithium Niobate
本研究在薄膜铌酸锂上实现单片集成光学卷积处理器,通过大规模可编程卷积核大幅缩减后续全连接层尺寸,在多数据集上取得高分类准确率,且可由商用FPGA驱动,为构建实用光子机器学习器件提供方案。
2025-07-29 physics.optics
Monolithic high density integrated photonics on bulk lithium niobate
Delft University of Technology(代尔夫特理工大学)
研究人员开发体块铌酸锂衬底上非晶硅碳化的单片光子平台,打破成本-性能-规模化权衡,实现创纪录电光调谐效率,提升调谐能力。
2026-08-18 physics.optics quant-ph
On-chip integrated waveguide amplifiers on Erbium-doped thin film lithium niobate on insulator
利用光刻辅助化学机械刻蚀(PLACE)技术在掺铒薄膜锂氧化物(TFLNOI)上制作了集成光波导,实现了片上光放大。对于3.6 cm的波导长度,在1530 nm的峰值发射波长处测得小信号增益区的最大内部净增益为18 dB,表明每单位长度的差分增益为5 dB/cm。这项工作为在TFLNOI平台上单片集成各种有源和无源光子器件铺平了道路。
2021-01-04 physics.app-ph physics.optics
Monolithic low-noise erbium-doped thin-film lithium niobate waveguide amplifier with 18 dB fiber to fiber net gain
本文提出一种单片掺铒薄膜铌酸锂波导放大器,在 2 mm×25 mm 尺寸上集成高效边缘耦合器,通过 1480 nm 双向泵浦实现 18 dB 以上光纤到光纤净增益,噪声系数约 5 dB,适用于光通信、计量、光子计算与人工智能等领域。
2025-08-16 physics.optics
Thin-Film Lithium Niobate based Dual-Polarization IQ modulator for Single-Carrier 1.6 Tb/s Transmission
本研究研制出基于硅衬底薄膜铌酸锂平台的单片集成双偏振IQ调制器,测得其与保偏光纤耦合后的插入损耗为12 dB,并通过实验实现了单载波1.6 Tb/s的净比特率传输。
2022-04-21 physics.app-ph physics.optics
Simultaneous generation of Raman-assisted Soliton Microcombs and Tunable Multi-chromatic Raman Microlasers in Single Monolithic Thin-film Lithium Niobate Microrings
State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-Intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS)(中国科学院上海光学精密机械研究所);The Extreme Optoelectromechanics Laboratory (XXL), School of Physics and Electronic Science, East China Normal University(华东师范大学物理与电子科学学院);State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University(华东师范大学);Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学材料科学与光电技术学院)
本研究在单片体薄膜锂铌酸盐微环中同时生成拉曼增强的孤子微梳和可调多色拉曼微激光器,实现了高效宽带相干光源。
2025-11-26 physics.optics
1.4-mJ High Energy Terahertz Radiation from Lithium Niobates
自由空间超强太赫兹(THz)电磁场提供了多方面的能力,可用于实现极端非线性THz光学,加速和操纵带电粒子,以及实现其他迷人的应用。然而,单脉冲能量>1 mJ的强大固态THz源的缺乏阻碍了极端THz应用的扩散。其根本挑战在于高强度泵浦导致晶体损伤、线性吸收和非线性畸变导致的有效作用长度短等问题难以实现高效率,本文通过低温冷却晶体、精细剪裁泵浦激光光谱、啁啾泵浦脉冲、放大激光能量,利用倾斜脉冲波前技术,首次实现了在214 mJ飞秒激光脉冲激发下,锂离子酸盐晶体产生1.4 mJ的THz脉冲。800 nm到THz的能量转换效率达到0.7%,自由空间THz峰值电场和磁场达到6.3 MV/cm和2.1特斯拉。我们基于频域二阶非线性波方程在慢变包络近似下的数值模拟再现了实验优化过程。为了展示这种超强太赫兹源的能力,演示了在强太赫兹电场诱导下高导电硅中的场致谷间散射效应引起的非线性吸收。这种具有相对低的峰值频率的高能量THz源不仅非常适合于朝向桌面X射线源的电子加速,而且也非常适合于极端THz科学和非线性应用。
2020-07-18 physics.optics
Monolithic optoelectronic circuit design for on-chip terahertz applications
本文提出单片共面带状线太赫兹光电电路,通过电容耦合和非晶硅开关实现0.05–1.4 THz纯奇模片上产生、传输与探测。
2025-07-28 physics.ins-det physics.optics
High coupling efficiency grating couplers on lithium niobate on insulator
我们展示了单片定义的光栅耦合器在$Z$切割锂的绝缘体之间的光纤和单模波导的有效垂直耦合。光栅耦合器对TE和TM偏振光分别表现出$\sim 44.6\%$ /耦合器和$\sim 19.4\%$ /耦合器耦合效率。研究了无锥度光栅耦合器以实现更紧凑的设计。
2019-03-06 physics.optics quant-ph
Terahertz Generation and Detection through Gain-Enhanced Interband Photomixing in Quantum Well Structures
University of California(加州大学洛杉矶分校);Los Angeles(加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究院);California NanoSystems Institute, University of California;Los Angeles
本文提出利用量子井PIN光电二极管中的增益增强能带光混频实现可调太赫兹波生成与检测,提升功率效率和灵敏度,为紧凑型太赫兹光电系统奠定基础。
2026-04-10 physics.app-ph physics.optics
Real-time Electrical Tuning of an Optical Spring on a Monolithically Integrated Ultrahigh Q Lithium Nibote Microresonator
腔光力学是研究光与物质的力学性质之间相互作用的一门学科,它引发了从腔量子电动力学、无标记单分子探测到声子激光器产生等一系列突破性的研究。采用飞秒激光直写结合化学机械抛光技术,研制了一种质量因子为Q~10^7的面内微电极集成的锂离子微谐振器.在空气中观察到相干再生光机械振荡,其有效机械质量(Qm)因子高达2.86*10^8。我们演示了光机械频率的实时电调谐,机电调谐效率约为-134 kHz/100 V。
2018-12-31 physics.app-ph physics.optics
Coherent two-octave-spanning supercontinuum generation in lithium-niobate waveguides
我们展示了在单片集成锂酸盐波导中,在二阶和三阶非线性效应的存在下,相干超连续谱的产生(SCG)。我们在0.5厘米长的波导中实现了超过两个倍频程的光学带宽,具有100皮焦级脉冲。波导的色散工程允许SCG与二次谐波之间的频谱重叠,这使得能够使用单个波导直接检测载波包络偏移频率fCEO。我们测量我们的飞秒泵浦源的fCEO与30 dB的信噪比。
2019-01-30 physics.optics
Stable and compact RF-to-optical link using lithium niobate on insulator waveguides
由于光学频率梳能够通过称为自参考的过程将射频与光学频率连接起来,因此它已成为计量及其他领域中非常强大的工具。典型的自参考是在两个步骤中完成的:产生一个倍频程跨越超连续谱和倍频的一部分,该频谱。传统上,这两个步骤由两个单独的光学部件执行。随着光子集成电路的出现,这两个步骤的结合已经在单个小的单片芯片中成为可能。一种非常适合于片上自参考的光子集成电路平台是绝缘体上的锂氧化物-一种以高二阶和三阶非线性为特征的平台。在这里,我们表明,在绝缘体波导上的锂钛酸盐与硅光电二极管相结合的结果在一个非常紧凑和直接的低噪声路径锁定模式激光器的自参考。使用数字伺服电子,所产生的频率梳是完全稳定的。其高度稳定性通过独立的环外测量进行验证,并量化为6.8 mHz。此外,我们表明,在锂离子波导内产生的光谱在许多小时内保持稳定。
2021-10-15 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear terahertz-wave radiation generated by mid-infrared dual-chirped optical parametric amplification femtosecond pulse laser excitation
我们证明了一个有效的程序太赫兹波辐射产生的非线性波长转换方法,使用中红外泵浦源。采用3.3 μm双啁啾光参量放大光源和1.5 μm光纤激光器进行了能量转换效率的比较。实验中使用了非线性无机和有机晶体,对于极化的锂酸盐晶体,3.3 μm和1.5 μm光源的效率分别为1.3*10^-4和5.6*10^-12。我们证实了非线性晶体可以通过使用中红外光源以太瓦/厘米^2级泵浦,这减少了一些不期望的非线性光学效应。
2021-02-17 physics.app-ph physics.optics
Ultra-high-linearity integrated lithium niobate electro-optic modulators
集成微波光子学具有独特的电光特性、低光损耗和良好的可扩展性,是未来芯片级微波光子学系统的一个很有前途的平台。这种系统的一个关键推动因素是高度线性的电光调制器,它可以忠实地将模拟电信号转换为光信号。在这项工作中,我们展示了一个单片集成LN调制器的无杂散动态范围(SFDR)为120.04 dB Hz 4/5在1 GHz,使用环辅助马赫-曾德尔干涉仪配置。LN的固有线性电光响应和优化的线性化策略之间的出色协同作用使我们能够完全抑制三阶互调失真(IMD 3)的立方项,而无需主动反馈控制,从而比薄膜LN平台中的先前结果提高约20 dB。我们的超高线性LN调制器可以成为未来大规模功能微波光子集成电路的核心构建模块,通过进一步与LN平台上提供的低损耗延迟线,可调谐滤波器和移相器等其他高性能组件集成。
2022-02-25 physics.app-ph physics.optics
Bidirectional electro-optic conversion reaching 1% efficiency with thin-film lithium niobate
超导腔电光(EO)技术是实现微波光子和可见光光子相干转换,并通过光网络在超导电路之间实现量子纠缠远距离分布的有效途径。高光电转换效率要求转换材料具有强的普克尔斯效应和优良的光学透明性。薄膜铌酸锂(TFLN)提供了这些期望的特性,然而到目前为止仅提供了具有$10^{-5}$量级的效率的单向转换,这在很大程度上受到其在低温下突出的光折变(PR)效应的影响。在这里,我们表明,通过减轻PR效应和相关的电荷屏蔽效应,器件的转换效率可以提高几个数量级,同时保持稳定的低温操作,从而可以证明转换的双向性和片上效率的准确量化。优化后的基于蓝宝石衬底TFLN的单片集成超导电光器件实现了1.02%的片上转换效率(内效率15.2%)。我们的演示表明,随着器件的进一步改进,TFLN接近单位内转换效率是可行的。
2021-01-01 physics.app-ph physics.optics
Monolithic photonic chips for multi-channel frequency mixers and single photon detectors
钛酸锂光子芯片凭借其优异的光学性能,可以实现多种应用的光学工程。在这封信中,我们展示了单片光子芯片的多通道和频转换的基础上,反向质子交换周期性极化的锂硼酸盐波导,与不同的渠道表现出一致的和优秀的转换效率。为了获得强大的设备并为应用提供方便的接口,集成芯片与两个光纤阵列进行光纤耦合。然后,封装的芯片形成多通道上转换单光子探测器的核心。在每个通道中,输入信号与1950 nm单频泵浦激光器相互作用,并通过硅雪崩光电二极管对和频输出进行光谱滤波和检测。平均探测效率(DE)为23.2%,噪声计数率(NCR)为557计数每秒(cps),30个通道的标准偏差为2.73%和48 cps,以及邻近通道之间的光隔离(OI)大于71 dB,这对于单片光子芯片在深空激光通信、高速率量子密钥分发和单光子成像等领域的广泛应用是极好的。
2020-03-13 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Generating compressed broadband terahertz pulses using aperiodically poled electro-optic crystals
介绍了一种利用非周期极化结构差频抽运光产生压缩宽带太赫兹脉冲的技术。所设想的晶体的泵浦脉冲格式和极化使得出射的太赫兹脉冲被压缩。该方法避免了由非共线方法和外部压缩的需要导致的泵浦脉冲失真。它对于产生几个到几十个周期的中间持续时间的脉冲特别有效。例如,在低温冷却的碳酸锂中可获得百分之几范围内的转化效率。
2018-06-26 physics.optics
Octave-spanning Kerr soliton frequency combs in dispersion- and dissipation-engineered lithium niobate microresonators
本文在薄膜铌酸锂微腔中通过色散与耗散工程抑制拉曼效应,实现了倍频程孤子微梳,为片上自参考频率标准提供了可靠方法。
2024-05-25 physics.app-ph physics.optics
Monolithic Kerr and electro-optic hybrid microcombs
基于微谐振器的孤子产生技术的发展为光学频率梳的芯片级集成提供了希望,其应用范围从时间保持到频率合成。微型腔利用克尔非线性,并使太赫兹孤子重复率。然而,这种高重复率不适合直接电子检测。在这里,我们展示了混合克尔和电光微梳使用锂的硼酸盐薄膜,表现出克尔和普克尔斯非线性。通过将高重复率克尔孤子梳与低重复率电光梳交错在同一波导上,宽克尔孤子模式间隔被划分在单个芯片内,允许随后的电子检测和孤子重复率的反馈控制。我们的工作建立了一个集成的电子接口,克尔孤子的太赫兹重复率,铺平了道路,芯片级的光到微波分频和梳状锁定。
2022-02-07 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Electro-optically programmable photonic circuits enabled by wafer-scale integration on thin-film lithium niobate
本研究在绝缘体上铌酸锂平台展示了一个4x4可编程线性光子电路,采用快速低功耗的电光移相器,实现了500 ps快速切换和极低功耗,在配置速率和功耗上展现出巨大优势。
2023-04-07 physics.app-ph physics.optics
Terahertz hyperspectral imaging with dual chip-scale combs
高光谱成像是一种允许创建多色图像的技术。在太赫兹波长下,它已成为许多应用的重要工具,从非电离癌症诊断和药物表征到非破坏性人工制品测试。当代太赫兹成像系统通常依赖于基于光纤的近红外飞秒激光器的非线性光学下转换,需要复杂的光学系统。在这里,我们展示了基于太赫兹量子级联激光器的芯片级频率梳的高光谱成像。双梳是自由运行的,并发出相干太赫兹辐射,覆盖220 GHz的带宽在3.4太赫兹,每线约10 μW。双梳光谱的快速采集速率与梳的单片设计、可扩展性和芯片级尺寸的组合对于生物医学和制药工业中的未来成像应用具有高度吸引力。
2018-12-09 physics.app-ph physics.optics
Generation of polarization-entangled Bell states in monolithic photonic waveguides by leveraging intrinsic crystal properties
本研究提出利用非线性晶体本征特性在单材料波导中生成偏振纠缠Bell态,无需复杂相位匹配。通过推导二阶极化率张量判据并分类晶体,数值分析表明钛酸钡比铌酸锂具有更高非线性效率和更宽光谱范围的并发度,为集成量子光子电路提供了高效可扩展的实用路径。
2025-06-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Monolithic photonic circuits for Kerr frequency comb generation, filtering and modulation
基于三阶非线性效应($χ^{(3)}$)的微谐振腔克尔频率梳在光学时钟、脉冲整形、光谱学、电信、光探测和测距(LiDAR)以及量子信息处理等领域有着广泛的应用。这些应用中的许多需要对所生成的频率梳信号进行进一步的频谱和时间控制,这通常使用具有强二阶非线性的附加光子元件($χ^{(2)}$)来实现。到目前为止,由于材料限制,这些功能在很大程度上被实现为分立的片外组件,这是以额外的系统复杂性和增加的光损耗为代价的。在这里,我们演示了在单个单片集成芯片上的频率梳的产生、滤波和电光调制,使用同时具有大的$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性和低光学损耗的薄膜锂酸盐(LN)光子平台。我们使用色散工程高品质因数LN微谐振器产生宽带克尔频率梳,使用电可编程分插滤波器选择单个梳状线,并调制所选线的强度。我们的研究结果为光谱数据通信,测距和量子光子学的单片集成频率梳解决方案铺平了道路。
2018-09-23 physics.app-ph physics.optics
Large-area photonic circuits for terahertz detection and beam profiling
本文提出薄膜铌酸锂大面积集成光子探测架构,利用18天线双阵列与准相位匹配增强电光调制,实现宽带太赫兹探测及光束轮廓重建。
2024-10-27 physics.ins-det physics.optics
Multicycle terahertz pulse generation by optical rectification in LiNbO$_3$, LiTaO$_3$, and BBO crystals
我们报道了飞秒激光脉冲在块状铌酸锂(LiNbO $_3$)晶体中相位匹配光整流产生的14.8 THz的多频、窄带太赫兹辐射。我们的实验和模拟表明,当输入激光脉冲具有高啁啾时,输出的太赫兹能量大大增强,这与通常的光整流过程相反。我们发现这种反常的行为归因于线性电光(或Pockels)效应,其中在LiNbO $_3$中传播的激光脉冲被其产生的太赫兹场调制,这反过来又驱动光学整流更有效地产生太赫兹场。这种共振级联效应可以大大提高太赫兹转换效率时,输入激光脉冲适当的预啁啾与额外的三阶色散。我们还观察到类似的多兆太赫兹发射钽酸锂(LiTaO $_3$)在14太赫兹和硼酸钡(BBO)在7太赫兹,10.6太赫兹,和14.6太赫兹,所有产生的窄带相位匹配光整流。
2020-05-23 physics.optics
Feasibility Study for the Generation of High Power Continuous Wave Terahertz Radiation using Frequency Difference Generation
本报告的目的是研究利用频率差产生原理产生有效太赫兹的条件。特别是,两个CW IR光束与周期性极化的铌酸锂晶体一起使用,以产生连续的THz波。作为红外泵浦光束的来源,我们考虑30W(CW)IPG掺铒光纤放大器,这是目前市场上最强大的商业放大器。本论文的研究工作是基于THz波连续波源在高速无线通信中的应用。放大器将允许混合两个光学调制的IR光束并产生调制的THz信号。
2017-11-21 physics.optics
In-situ optical vector analysis based on integrated lithium niobate single-sideband modulators
本研究针对传统光矢量分析系统体积大、集成光子器件片上表征受耦合损耗干扰的问题,基于薄膜铌酸锂单边带调制器研制小型化原位OVA系统,实现高分辨率宽带测量,可精准表征集成光子器件特性,应用前景广阔。
2024-05-16 physics.app-ph physics.optics
Photonics-integrated terahertz transmission lines
针对太赫兹技术与光域缺乏直接连接、高频段受限且难以集成小型化的问题,研究在TFLN平台集成相位匹配太赫兹传输线与光子电路,实现宽带低损耗太赫兹发射,可与多种光子组件集成,应用前景广泛。
2024-06-21 physics.app-ph physics.optics
Demonstration of a Tilted-Pulse-Front Pumped Plane-Parallel Slab Terahertz Source
提出了一种新型的倾斜脉冲前沿抽运太赫兹(THz)光源,该光源基于一种在其输入面上具有梯形结构的平行平板结构。单周期脉冲的1微焦耳的能量和0.30太赫兹的中心频率已产生0.05%的效率从这样的源。一个数量级的效率增加,预计通过泵浦低温冷却的梯队的增加的尺寸和厚度与钛:蓝宝石激光器。使用平面平行的非线性光学晶体板能够直接缩放到高THz脉冲能量,并产生具有均匀脉冲形状的对称THz光束,以获得良好的可聚焦性和高场强。
2018-08-18 physics.optics
Spatial-spectral mapping for long-duration broadband terahertz pulse generation in on-chip waveguide arrays
TEDA Applied Physics Institute and School of Physics, Nankai University(南开大学泰达应用物理研究院和物理学院);Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University(山西大学极端光学协同创新中心)
本研究通过芯片梯度波导阵列实现长持续宽带太赫兹脉冲生成,解耦时间和频域特性,展示出在生物传感中的应用潜力。
2025-12-11 physics.optics
Terahertz-induced cascaded interactions between spectra offset by large frequencies
我们探讨了系统的动力学,其中输入光谱在光域中具有非常不同的中心频率强烈耦合通过高度相位匹配,级联的二阶非线性过程驱动的太赫兹辐射。唯一的要求是输入频谱之一包含足够的带宽以生成相位匹配的太赫兹频率驱动器。输入光谱之间的频率分离可以比相位匹配的太赫兹频率大十倍以上。介绍了这种系统的一个实际应用,其中中心波长为1064 nm的窄带泵浦线由一组中心波长约为1030 nm的较弱的种子线引起级联,这些种子线之间由相位匹配的太赫兹频率隔开。这种方法被预测为产生太赫兹辐射的转换效率和毫焦耳级的脉冲能量在低温冷却的周期性极化的锂离子电池。一个模型,解决了太赫兹和光波的非线性耦合相互作用。计算占二阶和三阶非线性,在光学和太赫兹域的色散以及太赫兹吸收。脉冲格式的激光诱导损伤的分歧估计通过跟踪产生的自由电子密度。还概述了减轻激光损伤的策略。
2019-03-11 physics.optics
Integrated Electro-Optic Isolator on Thin Film Lithium Niobate
光隔离器是几乎任何光学系统中不可缺少的部件,用于保护激光器免受不必要的反射,以实现相位稳定的相干操作。由集成在同一芯片上的半导体激光器供电的芯片级光学系统的发展导致了对完全集成的光学隔离器的需求。然而,基于应用磁光材料来打破互易性并提供所需隔离的常规方法在材料处理和插入损耗方面具有重大挑战。因此,许多无磁的方法已经被探索,包括声光,光学非线性和电光。然而,迄今为止,在单片材料平台上实现具有低插入损耗、高隔离比、宽带宽和低功耗的集成隔离器仍然是缺乏的。在这里,我们实现了非互易行波EO为基础的隔离器上的薄膜LN,使最大的光隔离度为48 dB和0.5 dB的片上插入损耗使用单频微波驱动器在21 dBm的RF功率。在1510 ~ 1630 nm的可调谐光波长范围内,隔离比大于37 dB。我们验证了我们的混合DFB激光器- LN隔离器模块成功地保护了DFB激光器的单模操作和线宽免受反射。我们的结果是一个重要的一步,走向实用的高性能光隔离器的芯片。
2022-12-04 physics.app-ph physics.optics
Understanding Intrinsic Loss in Thin-Film Lithium Niobate Ring Resonators via Adiabatic Coupling
Harvard 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)
研究通过绝热耦合技术揭示薄膜锂铌酸环谐振器中内在损耗的统计分布特性,发现其包含基线损耗和离散损耗事件尾部,为低损耗光子器件设计提供新见解。
2026-04-02 physics.optics
Electro-optic non-reciprocal polarization rotation in lithium niobate
偏振是光的基本自由度,并且在自由空间和纤维光学中被广泛利用。通过磁光法拉第效应实现的非互易偏振旋转对于宽带隔离器和环行器来说是无与伦比的。然而,对于集成光子代工厂来说,仍然没有生产低损耗磁光元件的好方法,这促使人们寻找不使用偏振旋转的替代品。此外,磁光材料往往是高损耗的,并且虽然可以实现大(10-100 rad/cm)的偏振旋转,但关键品质因数(每损耗旋转)通常< 1 rad/dB。在这里,我们证明了宽带非互易偏振旋转可以产生使用电光纳米光子器件。我们的演示利用了锂离子酸盐中约780 nm的电光偏振间散射,其中互易性在携带合成动量的射频刺激的帮助下被打破。虽然所展示的电光偏振旋转速率约为1 rad/cm,但锂酸盐的异常低的损耗使得非互易偏振旋转器的品质因数比磁光可能的品质因数好1-2个数量级。这种方法可以在III-V平台中复制,为采用共集成单片隔离器的高性能激光器铺平了道路。
2022-10-04 physics.optics
Intrinsic polarization conversion and avoided-mode crossing in X-cut lithium niobate microrings
本研究发现X切铌酸锂微环中存在由波导双折射导致的本征偏振转换及模式反交叉现象,提出二维模拟方法规避三维计算难题,为偏振器件设计和光子集成模拟提供新途径。
2024-03-11 physics.optics
A self-starting bi-chromatic LiNbO3 soliton microcomb
由于其具有二阶、三阶光学非线性以及电光控制等特性,锂离子电池被认为是一种很有潜力的微梳材料。在这里,孤子微梳被证明在单片高Q的锂离子谐振器。除了孤子锁模外,光折变效应还能使锁模自启动和孤子开关双向发生。二次谐波产生的孤子光谱也被观察到,梳状自参考的一个重要步骤。通过测量孤子自频移,确定了锂离子的拉曼冲击时间常数。除了由自启动孤子系统提供的相当大的技术简化之外,这些演示,以及锂的电光和压电特性,为提供f-2f生成和光频率和重复率的快速电气控制的多功能微梳打开了大门,所有这些都在包括时间保持,频率合成/分频,光谱学和信号生成在内的应用中至关重要。
2018-12-22 physics.optics