Bi-directional top hat D-Scan: single beam accurate characterization of nonlinear waveguides
本文首次报道了利用顶帽色散扫描(D-Scan)技术对三阶非线性集成波导进行表征。用一个单一的激光束,并通过进行两个反向非线性传输,以评估输入和输出耦合效率,一种新的程序被描述为导致TPA的品质因数,有效的双光子吸收(TPA)和光学克尔(包括符号)系数的准确测量。该技术在硅条形波导中得到了验证,其有效非线性系数的测量精度为$\pm 10~\%$
2017-05-12 physics.optics
Straight Directional Couplers via Scan-Engineered Index Control
University of Oxford(牛津大学)
论文提出了一种基于玻璃的直行方向波导耦合器和干涉仪的新设计,利用飞秒激光直接写入技术,在通信波长下实现50:50方向耦合器和不平衡臂马赫-曾德干涉仪,展示了紧凑高密度三维光子集成的潜力。
2026-04-13 physics.optics
Broadband directional coupling in aluminum nitride nanophotonic circuits
绝缘体上氮化铝(AlN)已成为实现线性和非线性集成光子电路的一个有前途的平台。为了在芯片上有效地路由光信号,需要精确控制倏逝耦合波导模式的相互作用和偏振。在这里,我们采用纳米光子氮化铝波导实现定向耦合器具有较宽的耦合带宽和低插入损耗。我们实现了均匀的入射模式的分裂,证实了集成马赫-曾德尔干涉仪超过33 dB的高色散比。此外,优化的三波导耦合器允许在传统的侧耦合器件上扩展耦合带宽几乎一个数量级,具有可变的分光比。我们的工作说明了氮化铝电路的耦合波导光学,密集波分复用应用和集成偏振分集方案的潜力。
2013-03-20 physics.optics
Meta-$\mathcal{PT}$ Symmetry in Asymmetric Directional Couplers
尽管基于定向耦合器的奇偶时间对称系统可以为集成光学领域提供益处,但是这种耦合器的实现依赖于对波导参数的相当严格的设计约束。在这里,我们调查定向耦合器建成的不对称波导,不满足奇偶时间对称。然而,我们证明,适当设计的参数,至少有一种模式的这种耦合器显示出类似的奇偶对称系统中观察到的行为。我们找到了一个分析条件,使这种行为的收益和损失。此外,如果构成非对称耦合器的各个波导被设计成使得它们的模式的传播常数相同,则由耦合器支持的两个超模的行为类似于奇偶时间对称系统的行为。
2015-12-21 physics.optics
Directional Quasi-Phase Matching in Curved Waveguides
在不允许双折射相位匹配或周期性极化的材料中,我们建议使用波导来利用二阶非线性的张量结构,用于非线性相互作用的准相位匹配。特别是,我们集中在弯曲波导中的传播方向,电场极化和非线性之间的相互作用可以周期性地改变非线性相互作用的强度和符号,以实现准相位匹配。
2010-08-12 physics.optics quant-ph
Geneartion of higher dimensional modal entanglement using a three waveguide directional coupler
本文提出了一种在周期性极化的三波导定向耦合器中通过II型自发参量下转换过程产生高维模纠缠的方法。我们表明,通过适当的设计,有可能实现两个光子占据三个不同的空间模式的输出状态。使用这种波导结构的优点是其灵活性和设计空间可用性,以实现在下转换过程中产生的光子对的期望特性
2015-03-19 physics.optics quant-ph
Design and Simulation of a Highly Sensitive Refractive Index Sensor based on Grating-assisted Strip Waveguide Directional Coupler
提出了一种基于光栅辅助条形波导定向耦合器的高灵敏度折射率传感器。该传感器的设计使用两个耦合的非对称条形波导与顶部加载的光栅结构中的一个波导。最大光在谐振波长处从一个波导耦合到另一个波导,并且谐振波长随覆盖区域中介质的折射率变化而变化是灵敏度的量度。所提出的传感器将是具有~ 104 nm/RIU的高折射率灵敏度和可忽略的温度灵敏度(<1 nm/0 ℃)的片上器件。传感器配置提供低传播损耗,从而提高灵敏度。灵敏度的变化与波导参数的建议传感器进行了研究,以优化设计。
2017-08-13 physics.app-ph physics.optics
Spin-dependent directional emission from an asymmetry optical waveguide with an embedded quantum dot ensemble
在这项研究中,我们研究了光子线波导嵌入的合奏量子点,定向发射到波导依赖于合奏的自旋状态。这是通过光的自旋轨道相互作用的帮助来实现的。波导具有两步阶梯状截面,并且仅在上一步嵌入量子点(QD),使得来自自旋极化QD的发射的圆偏振控制辐射的方向。我们数值验证,超过70%的从合奏发射器的辐射是朝着一个特定的方向在波导。我们还研究了一个微盘谐振器与阶梯状的边缘,支持选择性耦合的量子点系综辐射到一个耳语厨房模式单向旋转。我们的研究为自旋相关的光电子器件提供了基础。
2019-02-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Purcell-Enhanced, Directional Light-Matter Interaction in a Waveguide-Coupled Nanocavity
本研究将量子点嵌入波导耦合纳米腔,实现了兼具Purcell增强与高对比度的电可调自旋依赖单光子定向耦合,构建了相关理论模型,为定向纳米光子电路提供了潜在构建单元。
2025-01-17 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Optical Fiber-Waveguide Hybrid Architecture for Mid-Infrared Ring Lasers
本文提出并实现了基于氟化物玻璃方向耦合器的光纤-波导混合集成中红外环形激光器,首次实现全光纤芯片集成,输出2716.7纳米、14.2毫瓦稳定激光,为三维光子集成开辟新途径。
2025-09-12 physics.optics
EO-polymer waveguide based high dynamic range EM wave sensors
在本文中,我们提出了一个高动态范围的电场传感器的设计和实验演示的基础上,电光(EO)聚合物定向耦合器波导,提供强大的和超快的EO聚合物的EO响应。与传统的光子电场传感器相比,我们的定向耦合器波导设计提供了几个优点,例如无偏置操作,高达70 dB的高度线性测量响应,以及在1GHz的频率下从16.7 V/m到750 kV/m的宽电场检测范围。
2014-03-06 physics.optics
Optical Field Enhancement in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
提出并论证了双曲型超材料纳米缝隙波导实现大的光场增强。通过数值计算和解析方法分析了双曲型超材料中空气缝隙内增强电场与波导模式耦合和介电常数张量的关系。超材料缝隙波导中的光强度可以比常规硅缝隙波导中的光强度强25倍以上,这是由于双曲超材料中支持的双折射率所实现的紧密光模式限制。用实际的金属-介质多层波导结构验证了电场增强效应。
2012-04-19 physics.optics
Broadband light coupling to dielectric slot waveguides with tapered plasmonic nanoantennas
我们提出并理论验证了一种有效的机制,入射光和片上介质缝隙波导之间的宽带耦合,采用锥形等离子体纳米天线。纳米天线接收自由空间辐射并将其耦合到介电缝隙波导,在宽光谱范围内效率高达20%,与目前使用的窄带介电光栅耦合器相比具有小的占地面积。我们认为,这样的纳米天线的频率选择特性也允许使用它们作为超小型芯片上的多路复用器/解复用器设备。
2013-08-23 physics.optics
One-way optical waveguides for perfectly matched non-reciprocal nano-antennas with dynamic beam tuning
沿传统波导传播的光信号在波导终端处被反向反射。如果波导只允许单向传播,则不会发生这种背反射;光信号几乎100%转换为辐射模式。因此,端接的单向波导可以用作具有自然引导和馈送机制的匹配纳米天线。我们研究了最近提出的纳米尺度单向等离子体波导的终止效应,并显示了其作为匹配纳米天线的特性。由于单向结构本质上是不可逆的,我们的天线具有不同的发射和接收模式,以及动态波束形成功能。这些独特的属性提供了新的可能性,动态方向的选择性,不同的发射和接收操作。最后,新概念提供了纳米天线作为非互易纳米光子学的另一个重要应用领域,加速了对前者和后者活动领域的研究。
2011-10-16 physics.optics
Experimental demonstration of fiber-accessible metal nanoparticle plasmon waveguides for planar energy guiding and sensing
实验证据的模式选择倏逝波功率耦合在电信频率与效率高达75%,从锥形光纤精心设计的金属纳米粒子等离子体波导。波导由一个二维的正方形晶格光刻定义的金纳米粒子的光学薄硅膜。利用光纤拉锥分析了波导的色散和衰减特性。功率传输到这些波导中的高效率解决了传统光学器件和等离子体激元器件之间的耦合问题,并且可以导致高效等离子体激元传感器和光学开关的发展。
2004-05-20 physics.optics
Gain-assisted slow to superluminal group velocity manipulation in nano-waveguides
我们研究了亚波长波导中的能量传播,并证明了先前提出的用于损耗补偿的材料增益机制也是在纳米尺度上操纵电磁脉冲的色散和传播特性的有力工具。我们从理论上表明,在有损纳米波导的群速度可以控制从慢超光速值的材料增益和波导的几何形状,并制定了相关的物理分析描述。我们利用发达的形式主义表明,增益辅助色散管理可以用来控制之间的过渡“光子漏斗”和“光子压缩机”制度在锥形纳米波导。亚波长结构中群速度的强调制现象可以在不同几何形状的波导中实现,并且存在于体模和面模中。
2006-08-12 physics.optics
Optomechanical coupling in photonic crystal supported nanomechanical waveguides
我们报告增强光机械耦合嵌入纳米机械梁谐振器内的光学跑道谐振器。机械谐振器的精确控制是通过将光束夹在两个低损耗的光子晶体波导耦合器之间来实现的。耦合器提供的低插入损耗和刚性机械支撑产生高机械和光学Q因子,以改善信号质量。
2009-06-02 physics.optics
Plasmonic Antennas Hybridized with Dielectric Waveguides
为了在集成方案中使用等离子体激元,其中单个发射器可以有效地探测的目的,我们实验和理论研究的单纳米棒金天线以及天线阵列放置在一维介质氮化硅波导的散射特性。使用真实空间和傅立叶显微镜与波导传输测量,我们量化的光谱特性,绝对强度和散射的方向性。散射过程可以很好地理解的物理框架中的偶极物体放置在一个平面分层的环境与波导层。我们使用波导顶部的单等离子体激元结构作为新型天线的偶极构建块,其中波导增强了天线元件之间的耦合。我们报告波导混合八木宇田天线,其中示出的导向模式的出耦合的方向性,以及耦合到定位在馈电元件的局部激励的波导的方向性。这些测量与模拟表明,该系统是理想的等离子体激元量子光学方案的平台,以及荧光实验室芯片上的应用。
2013-07-17 physics.optics
Directional out-coupling of light from a plasmonic nanowire-nanoparticle junction
我们的实验表明,一个单一的银纳米粒子(NP)耦合到银纳米线(NW)可以转换传播的表面等离子体激元定向光子。通过采用双激发傅立叶显微镜与空间滤波收集光学,我们显示单和双向耦合的光从NW-NP结的等离子体激发通过玻璃基板和空气覆盖。此外,我们还发现,NW-NP结可以影响分子荧光发射的方向性,从而起到光学天线的作用。本文讨论的结果可能对实现定向单光子源和量子等离子体电路具有影响。
2015-04-09 physics.optics
Silicon-organic hybrid thermo-optic switch based on a slot waveguide directional coupler
我们提出并展示了一个被动偏置的2 × 2热光开关,具有高功率效率和快速的响应时间。该器件利用了槽波导模的高集中光场和双折射液晶(NLC)包层的强热光效应。NLC填充纳米槽区域,并由内部的亚波长光栅对准。测得的功耗和热时间常数分别为0.58 mW和11.8微秒,对应于6.8的品质因数。提出的硅-有机混合器件为设计具有低功耗和快速操作速度的热光致动器提供了一种新的解决方案。
2022-08-02 physics.app-ph physics.optics
Tailorable Stimulated Brillouin Scattering in Nanoscale Silicon Waveguides
虽然纳米级模式限制从根本上增强了硅波导内的各种非线性光-物质相互作用,但在硅纳米光子学中从未观察到行波受激布里渊散射非线性。通过一类新的混合光子-声子波导,我们首次在纳米光子硅波导中展示了可剪裁的行波前向受激布里渊散射,产生比任何以前的波导系统强3000倍的前向SBS响应。模拟结果表明,电致伸缩力和辐射压力的相干组合是负责大大增强在纳米尺度上的光子-声子耦合。高度可定制的布里渊非线性是通过设计膜悬浮波导的结构来产生的,以通过高品质因数(>1000)声子模式产生从1到18 GHz的布里渊谐振。硅光子学中的这种宽带和可定制的受激布里渊散射可以通过使用标准半导体制造和CMOS技术来实现片上慢光器件、RF光子滤波和传感以及超窄带激光源的实际实现。
2013-01-30 physics.optics
Cooperative behavior of quantum dipole emitters coupled to a zero-index nanoscale waveguide
研究了量子偶极子辐射源耦合到具有介质芯和银包层的矩形波导中的合作行为。我们研究了谐振频率接近波导截止频率的发射器的合作发射和发射器间纠缠产生现象,其中波导有效地表现为零折射率超材料。我们表明,耦合发射器的零折射率波导允许一个放松的约束,精确定位的发射器观察发射器间纠缠的产生和扩展的空间尺度,可以观察到的超辐射。
2015-10-23 physics.optics
Second harmonic generation in nano-structured thin-film lithium niobate waveguides
集成薄膜锂酸盐平台最近成为下一代高效波长转换系统的一个有前途的候选者,该系统允许密集封装和大规模生产。在这里,我们证明了有效的,相位匹配的二次谐波产生光刻定义的薄膜锂酸盐波导与亚微米尺寸。从理论上提出了固定宽度波导中的模式相位匹配和周期槽波导中的准相位匹配,并进行了实验验证。我们的低损耗(~ 3.0 dB/cm)波导具有高达41% W-1cm-2的归一化转换效率。
2017-01-03 physics.optics
Mode conversion enhancement between silicon micro-slab and plasmonic nano-gap waveguides
研究了一种短的(~1.5μm)部分波纹锥形波导结构,用于光通信频率下硅微平板与等离子体纳米间隙波导的模式耦合。超过80%的传输效率是第一次报道数字。结果表明,波纹波导结构不仅有助于实现全片上硅等离子体器件,而且是增强介质波导到等离子体波导模式耦合的一种很好的选择。同时,我们指出,这里报道的耦合机制是不同的,通过激发表面等离子体激元极化(SPPs)在金属表面的报道[17]和[18]。
2013-04-01 physics.optics
Direct characterization of plasmonic slot waveguides and nanocouplers
我们演示了使用振幅和相位分辨近场映射直接表征等离子体波导槽模式的传播和激发与纳米耦合器在电信波长范围内。我们测量模式的传播长度,有效折射率和场分布,并直接评估各种耦合器配置的相对耦合效率。我们报告26倍和15倍的改进,在耦合效率与两个串联连接的偶极和修改领结天线,分别相比,短路波导终端。
2016-09-20 physics.optics
Diffraction-free nonevanescent nano-beams using the Fresnel-waveguide concept
强强度衰减限制了传统无衍射光学元件的使用。我们展示了一种可能的解决方案,通过使用具有适当选择的折射率的材料来限制使用菲涅耳型无衍射纳米级光学器件的指数强度衰减。这样的梁可以应用于技术和物理问题。
2013-01-16 physics.optics
Temporal quadratic solitons and their interaction with dispersive waves in Lithium Niobate nano-waveguides
本文提出了一个二次非线性波导中孤子传输的模型。孤子存在于这样的波导的标准开发和两个例子纳米波导结构模拟的概念证明。二次孤子和色散波之间的相互作用进行了分析,给出密切匹配的孤子传播模拟的预测。例子中的结构被发现支持五个不同的制度的孤子和准孤子的存在。已经模拟了这些示例波导中的脉冲传播,证实了在实验可获得的功率下产生孤子的可能性。模拟了多孤子的产生、切伦科夫辐射以及基波和二次谐波色散符号相反的准孤子。
2019-08-01 physics.optics
Giant Transverse Optical Forces in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
在这里,我们证明了巨大的横向光学力可以在双曲型超材料的纳米尺度槽波导中产生,由于纳米尺度光场增强和空气槽区域内的极端光能压缩,与传统硅槽波导中产生的力相比,具有两个以上的数量级。数值模拟和解析处理进行研究的光力的波导的几何形状和超材料的介电常数张量的依赖关系,包括吸引力的对称模式和排斥力的反对称模式的光。横向光学力的显著增强是由于两个超材料波导之间的强光模耦合强度,这可以用耦合模理论推导出的显式关系来解释。对实际金属-介质多层膜结构的计算表明,所预言的巨大光动力在实验上是可以实现的,这将为纳米尺度的光机械应用,如光纳机电系统、光传感器和光致动器等打开大门。
2012-06-11 physics.optics
Tailored optical potentials for Cs atoms above waveguides with focusing dielectric nano-antenna
利用全电介质纳米天线调谐近场提供了一种很有前途的捕获原子的方法,它可以实现强的单原子/光子耦合。在这里,我们报告的光学捕获的概念,其中硅纳米天线产生的芯片级配置的原子的捕获潜力的模拟结果。使用反向传播的入射场,双色失谐的原子铯D-线,我们数值研究纳米天线的几何形状上的光学势的依赖性。我们调整近场的潜在景观,通过调整使用环形纳米天线,配置,使超冷Cs原子的捕获的波导的倏逝场。
2020-05-03 physics.optics
Graphene nano-ribbon waveguides
石墨烯作为一种单原子厚度的红外超材料平台,在光学科学与工程中发挥着重要的作用。在这里,我们研究了一些基于石墨烯纳米带的等离子体波导的独特性质。研究发现,有限宽度的石墨烯带导致耦合边缘模的出现。在30 THz的固定频率下识别单个独立石墨烯带的单模区域。提出了一种由石墨烯层、二氧化硅缓冲层和硅衬底组成的低损耗波导结构,以降低传播损耗并获得高品质因数,用于未来的波导器件集成。此外,两个耦合带配置,即侧-侧耦合和顶-底耦合,进行了研究。作为器件实例,设计了一个超小尺寸的纳米环形腔。
2013-05-28 physics.optics
Nano plasmon polariton modes of a wedge cross section metal waveguide
光学等离子体激元极化激元模式被限制在两个横向尺寸,以显着小于波长的开放式波导结构的尖锐的金属楔。分析揭示了两个独特的模式对应的本地化模式的楔形点和表面模式的传播突然弯曲的接口。这些预测伴随着独特的场分布和色散特性。
2008-04-15 physics.optics
The influence of van der Waals forces on the waveguide deformation and power limit of nanoscale optomechanical systems
当两个纳米级波导靠近时,超短程力即范德华力(VWF)会迅速增大,并大于外部横向梯度力(TGF)。我们从理论上研究了在一个典型的光机械系统中的VWF对器件性能的巨大影响,包括波导的变形、静摩擦和失效机制。该装置显示出独特的光激活塑性/弹性行为和静摩擦,由于VWF。当输入光功率高于临界功率时,波导粘在衬底上,并且变形是塑性的并且不可恢复,即使总的力小于波导材料的屈服强度。这对光机器件的设计和应用具有重要的指导意义。
2014-01-03 physics.optics
Finite element modeling of spontaneous emission of a quantum emitter at nanoscale proximity to plasmonic waveguides
我们发展了一种自洽有限元方法来研究等离子体波导在纳米尺度附近的自发发射。在该模型中,假设只有一个导模是由量子发射体主导激发的。利用这样一个主导模式假设,等离子体激元波导的截面可以是任意的。我们应用我们的数值方法来计算一个量子发射器的耦合到一个圆柱形纳米线和一个矩形波导,并比较圆柱形纳米线以前的工作有效的准静态近似。耦合到等离子体激元模式的能量的分数可以被精确地计算,其可以用于确定量子发射器的单个光学等离子体激元产生效率。对于金纳米线,我们观察到的协议与准静态近似的半径低于20 nm,但对于更大的半径的总衰减率高达10倍大。对于矩形波导,我们估计自发发射因子β的最佳值高达80%。
2009-09-26 physics.optics
A Topological Directional Coupler Fed by Microstrip Line with Configurable Coupling Coefficient
拓扑波导因其优良的抗缺陷传输特性以及在微波和太赫兹集成电路中的应用潜力而受到广泛的研究。本文提出了一种基于接地平面谷霍尔光子拓扑绝缘体的耦合系数可配置的微带线直接馈电的高效拓扑定向耦合器,并进行了实验验证。拓扑定向耦合器由两个耦合拓扑波导组成,可以直接与微带电路集成。通过配置两个拓扑波导之间的耦合来实现不同的耦合系数。仿真和测量都证明了所提出的设计。此外,所提出的设计适用于微波和太赫兹频段。
2022-10-08 physics.app-ph physics.optics
Design of free-space couplers for suspended triangular nano-beam waveguides
具有三角形截面的光子波导正被研究用于诸如金刚石、玻璃和氮化镓的材料系统,这些材料系统缺乏创建常规矩形纳米光子波导的简单选择。在这些三角形波导中的光学元件的设计规则,如耦合器和光栅,没有很好地建立。在这里,我们提出了模拟的元素,旨在耦合光进出,三角形波导从垂直方向,这可以实现与当前的角度蚀刻制造技术。该器件表现出耦合效率接近\unit{50}{\%}的光从高数值孔径物镜聚焦。这种耦合器的实现将使得能够快速和有效地测试紧密间隔的集成电路部件。
2022-07-13 physics.optics
Towards nanoscale multiplexing with parity-time symmetric plasmonic coaxial waveguides
本文从理论上研究了一种基于奇偶时间对称同轴等离子体波导的纳米级模分复用方案。同轴波导支持对应于不同轨道角动量状态的成对简并模式。PT对称的增益和损耗的包含打破了成对模式的简并,并创建新的混合模式没有轨道角动量。通过使模阶数与同轴环内的增益和损耗部分的数量相匹配,可以使该过程无阈值。使用两个哈密顿公式和简并微扰理论,我们展示了如何波矢和字段的演变增加的损失/增益,并推导出无阈值过渡的充分条件。作为一个多路复用滤波器,这种PT对称同轴波导可以帮助在芯片上的纳米光子网络的密度率加倍。
2016-01-06 physics.optics
Directional and correlated optical emission from a waveguide-engineered molecule with local control
Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen(哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所混合量子网络中心);Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) and Christian Doppler Laboratory for Photonic Quantum Computer, University of Vienna(维也纳大学维也纳量子科学与技术中心及光子量子计算机克里斯蒂安·多普勒实验室);Experimental Physics VI, Faculty of Physics and Astronomy, Ruhr University Bochum(波鸿鲁尔大学物理与天文学系实验物理学第六研究室)
研究通过波导工程分子实现定向发射,利用量子点的双方向光子晶体波导进行独立电调制,展示方向性切换和光子统计特性,为手性量子光学提供新方法。
2026-04-07 physics.optics quant-ph
Low-Loss Silicon Directional Coupler with Arbitrary Coupling Ratios for Broadband Wavelength Operation Based on Bent Waveguides
本文基于弯曲定向耦合器的严格耦合模式分析,提出支持任意耦合比的宽带超低损耗2×2硅分束器,并通过基准器件、300 mm晶圆映射及宽度容差测试验证其性能。
2024-04-09 physics.optics
Nanoscale Metamaterial Optical Waveguides with Ultrahigh Refractive Indices
提出了一种基于金属-介质多层无限异向介质的深亚波长光波导。基于金属-介质多层结构和有效介质方法,对不同模阶的波导模式进行了系统的数值模拟。研究了不同模式阶数、自由空间波长和波导截面尺寸对波导模式折射率、传播长度和模式面积的影响。此外,波导模式也示出了在波矢空间中的等频率轮廓,以研究波导模式截止高阶模式的机制。实现了尺寸小于λ0/50、模面积为10-4 λ 0 2量级的深亚波长光波导,在通信波长处的有效折射率达62.0。这种新型的超材料光波导为增强光-物质相互作用的各种应用开辟了机会。
2012-03-18 physics.optics
Topological and conventional nano-photonic waveguides for directional integrated quantum optics
本研究通过实验、理论和数值分析,全面表征了拓扑光子波导中手性耦合的位置依赖性,并与常规波导对比,为芯片上实现定量预测的量子非线性效应提供关键见解。
2025-04-28 physics.optics quant-ph
Topological edge states in equidistant arrays of Lithium Niobate nano-waveguides
本研究发现薄膜铌酸锂纳米波导一维等间距阵列普遍支持拓扑边缘态,其拓扑特性由两类不同宇称导模的模内、模间耦合共同决定,利用同波导双模式设计拓扑不变量可减半系统尺寸、简化结构,并验证了两类结构中不同模式的拓扑边缘态可在宽参数范围观测。
2023-03-01 physics.optics
99% beta factor and directional coupling of quantum dots to fast light in photonic crystal waveguides determined by hyperspectral imaging
利用直接高光谱成像技术研究了5 K时嵌入光子晶体波导中的InAs/GaAs量子点激子跃迁到非导模和导模的自发发射。这使得能够直接测量到导模的绝对耦合效率,β因子,而无需假设先前使用的衰减率。值得注意的是,我们发现在40 meV的宽光谱范围内的快速光制度的β因子超过90%,达到最大值(99 $\pm$ 1)%。我们测量了在磁场中圆偏振跃迁到反向传播导模的定向发射,以推导出量子点位置处的模式圆度。我们发现,点的高方向性,高达97%,与降低β因子,符合他们的位置远离模式场波腹。通过与校准后的时域有限差分模拟结果的比较,我们利用发射能量、模式圆度和β因子来估计量子点在光子晶体波导单元格中的位置。
2019-05-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient energy propagation through self-assembled gold nanoparticle chain waveguides
光与金属纳米颗粒的强相互作用使得场约束远低于衍射极限。由金属纳米颗粒链组成的等离子体波导可用于纳米级的能量或信息传播,但迄今为止,高损耗阻碍了实际应用。在这里,我们证明了有效的波导是可能的,尽管金的高耗散损失通过金纳米颗粒链。单晶球形纳米颗粒的DNA折纸定向自组装允许颗粒间间距降低至2nm或更低,这引起较低能量的等离子体共振模式。我们的模拟意味着,这些较低的能量模式允许有效的波导,但崩溃,如果粒子间的间隙尺寸增加。个别波导的特征在于与纳米分辨率的电子能量损失光谱,和直接传播的能量朝向荧光纳米金刚石和纳米级的能量转换显示阴极发光成像光谱在一个单一的设备水平。通过这种方法,可以实现微米长的传播长度,从而实现信息技术,传感和量子光学中的应用。
2018-07-10 physics.optics
Hybrid Plasmonic Waveguide Fed Broadband Nano-antenna for Nanophotonic Applications
提出一种混合等离子体波导馈电的宽带光学贴片纳米天线,仿真验证其覆盖850、1310和1550 nm窗口、带宽约86%且定向增益良好,可用于片上光通信、传感与能量收集。
2014-12-24 physics.optics
Waveguide Excitation and Spin Pumping of Chirally Coupled Quantum Dots
University of Sheffield(谢菲尔德大学);Queen’s University Belfast(贝尔法斯特女王大学)
该研究通过光子晶体波导远程激发量子点p壳层跃迁,利用手性实现高方向性(≥0.95)与珀塞尔增强结合,实验展示六倍衰变率提升,为片上自旋量子技术奠定基础。
2025-01-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Numerical Modeling of a Teeth-shaped Nano-plasmonic Waveguide Filter
本文对金属-绝缘体-金属(MIM)波导中的齿形和多齿形等离子体滤波器进行了数值模拟。通过引入三端口波导分束器,给出了基于多光束干涉和散射矩阵的修正模型。研究了透射谱随齿宽、齿深、周期和周期数的变化规律。结果表明,这种新型结构不仅具有MIM类光栅结构的滤波功能,而且具有亚微米尺寸,便于实现超高集成度和相对容易的制作。
2009-05-19 physics.optics
Plasmonic waveguide-integrated nanowire laser
下一代光电子器件和光子电路将必须结合芯片上兼容的纳米激光源。半导体纳米线激光器已经成为集成系统的强有力的候选者,其应用范围从超灵敏传感到数据通信技术。尽管在其基本方面取得了重大进展,但可扩展光子电路内的集成仍然具有挑战性。在这里,我们报告的实现混合光子器件的纳米线激光器集成与晶圆级光刻设计的V型槽等离子体激元波导。我们目前的实验证据的激光发射和耦合到V型槽的传播模式,使芯片上的路由相干和子衍射限制光与室温操作。理论上的考虑表明,所观察到的激光是由波导混合光子等离子体激元模式。这项工作是实现面向应用的集成纳米激光源的光子电路的一个重大进展。
2018-08-22 physics.optics
Amplification of high harmonics in 3D semiconductor waveguides
固态器件中非线性过程的纳米级放大在纳米电子学、纳米医学或高能量转换等方面开辟了新的应用。在纳米尺度上耦合几纳焦耳激光能量的强场物理演示。我们报告的纳米结构的半导体中使用纳米级放大的中红外激光,而不是使用大型激光放大器系统的高次谐波产生的增强。场放大是通过纳米结构半导体3D波导中的光限制来实现的。高谐波纳米转换器由氧化锌纳米锥阵列组成。它们表现出较大的放大体积,比以前报道的大6个数量级,并避免在金属等离子体结构中观察到的熔化。通过在每个纳米锥的入口处耦合5-10纳焦耳的3.2 μm高重复率OPCPA激光,观察到高次谐波的放大。谐波放大(因子30)取决于激光能量输入、波长和纳米锥几何形状。
2017-09-26 physics.optics
Direction-dependent Optical Modes in Nanoscale Silicon Waveguides
片上光子网络具有比电子电路更有效地传输和路由信息的潜力。近年来,已经报道了许多基于硅的光学器件,包括调制器、缓冲器和波长转换器。然而,在将这些设备组合成网络级架构之前,需要克服许多技术挑战。特别地,由于半导体波导的芯和包层之间的高折射率对比,沿着波导的纳米级缺陷通常将光散射到反向传播模式中。这些反射可能导致对光源的不希望的反馈或双向互连中的串扰,诸如光纤网络中采用的那些。通常假设这些反射波在空间上与前向传播波重叠,使得难以实现基于光的传播方向分离或衰减光的光学环行器或隔离器。在这里,我们单独识别和映射的近场模式配置文件的前向传播和反射光的单模硅波导使用基于传输的近场扫描光学显微镜(TraNSOM)。我们发现,与光纤波导,高折射率对比度和纳米尺度的半导体波导创建反向传播波与不同的空间近场分布。这些近场差异是纳米级光限制的一个以前未观察到的结果,可以为新型元件过滤反射光的前向传播提供基础。
2010-09-01 physics.optics
Demonstration of second harmonic generationin gallium phosphide nano-waveguides
我们设计、制作并测试了用于二次谐波产生(SHG)的磷化镓(GaP)纳米波导。我们在光通信O波段利用低功率连续波泵浦实现了655 nm可见光范围内的二次谐波。我们的结构利用模态相位匹配,使得泵的低阶本征模与二次谐波的高阶本征模相位匹配。我们观察到相位匹配的SHG的相互作用模式的不同组合,通过改变波导的宽度和调谐泵浦的波长。所提出的结果有助于开发集成的光子平台与有效的非线性波混合过程的经典和量子应用。
2020-06-22 physics.optics
Direct optical measurement of light coupling into planar waveguide by plasmonic nanoparticles
通过等离子体纳米颗粒将光耦合到高折射率材料的薄层中已经被广泛研究以应用于光伏器件,例如薄膜太阳能电池。在许多研究中,已经通过测量例如量子效率或光电流增强来研究这种耦合。在这里,我们提出了一个直接的光学测量光耦合到波导的等离子体纳米粒子。我们调查的波导内的导模的耦合效率,通过照射样品的表面,由一个玻璃载玻片涂有高折射率的平面波导和等离子体纳米粒子,而直接测量的光的强度发射出的波导边缘。这些实验通过透射率和反射率测量进行补充。我们表明,光耦合的强烈影响薄膜干涉,局部表面等离子体共振的纳米粒子和照明方向(前或后)。
2012-11-28 physics.optics
Nanostructuring Optical Waveguides by Focused Ion Beam Milling. Near-Field Characterization
由于纳米结构的广泛应用,特别是在光子晶体中观察到的光子带隙效应,纳米结构已经成为一个引人注目的课题。然而,由于对结构的规则性、形状、孔深度等的精确要求,这种结构的制造仍然是一个挑战。电子束光刻允许对尺寸参数进行良好控制,但需要1步制造工艺。在我们的工作中,我们必须结合传统的带状负载波导(Si上的SiO2/SiON/SiO2)和尺寸完全不同的纳米结构。这强加了两步工艺,其中波导和纳米结构被连续地制造。我们有不同的方法来表征这些纳米结构。FIB处理期间和之后的直接方面控制可以通过FIB和SEM成像来实现。扫描近场光学显微镜(SNOM)是目前最有效的方法来测试在这样的表面结构中的引导约束通过检测倏逝场。
2008-01-26 physics.optics
Dual-Drive Directional Couplers for Programmable Integrated Photonics
一种新型的光子集成电路采用组合的分束镜和加载有相位致动器的波导的大规模集成,以提供可以动态重新配置的复杂线性处理功能。在这里,我们提出并实验证明了热致动双驱动定向耦合器(DD-DC)的设计,集成在氮化硅平台,既作为一个独立的光学元件提供任意的光学分束和共同的相位,以及其使用在波导网格安排。我们分析了实验演示的第一个集成的三角形波导网格的安排,以及第一DD-DC的安排,随着其性能和可扩展性的扩展分析。
2019-06-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Aluminum nitride waveguide beam splitters for integrated quantum photonic circuits
我们展示了量子器件集成光子电路使用溅射多晶氮化铝(AlN)绝缘体。制作了量子光子学中最重要的器件之一的片上AlN波导定向耦合器,其输出功率分束比为50:50 ~ 99:1。利用AlN定向耦合器实现了消光比大于10 dB的偏振分束器。利用所制备的AlN波导分束器,我们观察到了可见度为91.7 +(-)5.66%的Hong-Ou-Mandel干涉。
2022-08-02 physics.optics quant-ph