Silicon Integrated Photonic Waveguide Polarizers with 2D MoS2 Films
本文将二维MoS2薄膜集成到硅光子波导上实现光学偏振器，实验获得约21 dB偏振相关损耗、约4.2品质因数及超过100 nm带宽，展示了高性能片上偏振选择器件的潜力。
2025-09-22 physics.optics
Graphene Based Waveguide Polarizers: In-Depth Physical Analysis and Relevant Parameters
最近文献中已经展示了利用嵌入波导中的石墨烯的光学偏振器件，并且报道了TE和TM通过行为。通过极化的确定通常归因于石墨烯的费米能级（并且因此，掺杂水平），然而，没有提供对该假设的直接确认。在这里，我们通过数值模拟表明，而不是石墨烯的费米能级，通过偏振是由波导参数，如覆层折射率和波导的高度。该结果为文献中报道的实验结果提供了一致的解释。此外，我们表明，与一个准确的石墨烯建模，波导不能通过费米能级调谐TE通和TM通之间切换。因此，通常被忽视的波导设计的贡献被证明是必不可少的优化TE或TM通偏振器的发展，这是由于它提供的控制上的电场是切向石墨烯的分数。
2015-10-07 physics.optics
AI assisted optimization of integrated waveguide polarizers containing 2D reduced graphene oxide
Central South University（中南大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Peking University（北京大学）
本文提出基于全连接神经网络的机器学习框架，用于优化含二维还原氧化石墨烯的集成波导偏振器性能，显著提升计算效率和预测精度。
2026-03-13 physics.optics
Ultrahigh-efficiency second-harmonic generation in nanophotonic PPLN waveguides
周期性极化铌酸锂（PPLN）波导是高效波长转换的强大平台。然而，由于有限的非线性相互作用强度，传统的PPLN转换器通常需要长的器件长度和高泵浦功率。在这里，我们使用纳米结构的PPLN波导，以证明一个2600%/W-cm $^2$的二次谐波产生的1.5- $μ$ m的辐射，超过20倍，高于国家的最先进的扩散波导的效率。这是通过在4 $μ$ m的一阶极化周期下的亚波长光学限制和高保真周期性极化的组合来实现的。我们的高度集成PPLN波导是有前途的经典和量子光子系统的未来芯片级集成。
2018-09-24 physics.app-ph physics.optics
Ultrabroadband Nonlinear Optics in Nanophotonic Periodically Poled Lithium Niobate Waveguides
具有二次非线性的波导中的准相位匹配相互作用实现了高效的非线性频率转换。在这篇文章中，我们展示了第一代器件，该器件将纳米光子波导中的色散工程与周期性极化锂离子电池（PPLN）中的准相位匹配非线性相互作用相结合。这种组合使准静态相互作用的飞秒脉冲，减少了几个数量级的脉冲能量的要求，从皮焦耳到毫微微焦耳。我们实验证明了与二次谐波产生相关的两种效应。首先，我们观察到有效的准相位匹配的二次谐波产生与<100 fJ的脉冲能量。其次，在强相位失配的限制下，我们观察到两个谐波的光谱展宽，脉冲能量仅为2-pJ。这些结果奠定了基础，一类新的非线性器件，其中的协同工程的色散与准相位匹配，使有效的非线性光学在毫微微焦耳水平。
2019-09-19 physics.app-ph physics.optics
Programmable nonlinearity within nanophotonic waveguides
Cornell University（康奈尔大学）；NTT Research, Inc.（NTT研究所）；Yale University（耶鲁大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出在纳米光子波导内实现可编程χ(2)全息图，通过光电导电极投影实现可重构准相位匹配，支持快速更新、闭环优化及原位诊断，规避制造缺陷并保留波导优势。
2026-10-02 physics.app-ph physics.optics
Visible octave frequency combs in silicon nitride nanophotonic waveguides driven by Ti:sapphire lasers
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Alexandria University（亚历山大大学）
本文通过空气包层硅氮纳米光子波导和钛宝石激光实现可见光八倍频梳，展示了高效率和可扩展性。
2026-01-07 physics.app-ph physics.optics
Ultra-broadband surface-normal coherent optical receiver with nanometallic polarizers
相干接收器能够解调光的高速同相和正交信号，是光通信、互连、成像和计算的重要组件。然而，传统的基于波导的相干接收器表现出大的覆盖区，难以有效地耦合大量的空间信道，以及由基于波导的光混合器施加的有限的操作带宽。在这里，我们提出了一个表面正常的相干接收器与基于纳米金属光栅的偏振器直接集成在顶部的光电探测器，而不需要一个光学混合电路。使用一个制作的器件，其有源部分占据70 μm-square的足迹，我们演示了各种格式的高速（高达64 Gbaud）相干信号的解调。此外，超宽带操作从1260 nm到1630 nm的演示，由于波长不敏感的纳米偏振器。据我们所知，这是第一次演示的表面正常零差光接收器，它可以很容易地扩展到一个紧凑的二维阵列设备接收高度并行化的相干信号。
2022-06-02 physics.app-ph physics.optics
Efficient second harmonic generation in nanophotonic GaAs-on-insulator waveguides
非线性频率转换在提升下一代光学系统的功能方面发挥着至关重要的作用。便携式计量基准和量子网络将需要高效的二阶非线性器件，而纳米光子波导的强烈非线性相互作用可以用来满足这些要求。在这里，我们展示了二次谐波产生（SHG）在GaAs绝缘体波导前所未有的效率为40 W $^{-1}$的单程设备。这一结果是通过最小化传播损耗和优化相位匹配来实现的。我们研究表面态吸收和设计的波导几何形状的模式相位匹配公差制造变化。将2.0 $μ$ m泵浦转换为长度为2.9 mm、信号带宽为148 GHz的1.0 $μ$ m信号。在45 $^{\circ}$ C的温度范围内证明了可调谐和有效的操作，斜率为0.24 nm/ $^{\circ}$ C。GaAs和SiO之间的晶片键合$_2$进行了优化，以最大限度地减少波导损耗，并在76 mm的晶片上制造的器件具有高的均匀性。我们期望该设备能够实现完全集成的自参考频率梳和高速纠缠光子对产生。
2020-02-14 physics.app-ph physics.optics
Ultrahigh-Efficiency Second Harmonic Generation in a Reverse-Polarization Dual-Layer Crystalline Thin Film Nanophotonic Waveguide
二次谐波产生（SHG）作为最重要的\c{hi}（2）非线性光学过程之一，在各种光学和光子学应用中起着至关重要的作用。设计各种精细的倍频方案实现高效率的倍频已经成为非线性光学领域一个长期而富有挑战性的课题。尽管基于双折射相位匹配和准相位匹配的倍频技术已经取得了许多成功，但到目前为止，用于严格光限制结构中倍频的模式相位匹配（MPM）技术还处于起步阶段。在这里，我们提出了一种新的方案，通过使用纳米光子LiNbO 3薄膜波导由两个键合层与内部反转的偏振，通过MPM实现高效的SHG。在这种双层脊形波导中，当1574.6 nm光激发时，我们观察到787.3 nm的倍频，倍频转换效率为5,540% /W/cm/cm。这一工作推进了我们对模式相位匹配倍频和其他二次光学非线性过程的理解，为在片上平台上开发高性能非线性光子器件提供了额外的策略。
2021-08-31 physics.app-ph physics.optics
Electrothermally Modulated Nanophotonic Waveguide-integrated Ring Resonator
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）
本文提出了一种电热调制的光子集成芯片设计，通过优化铂基对称加热器实现高效光调制，为神经形态计算、光互连和可重构光网络提供能效高的光子系统方案。
2025-09-06 physics.app-ph physics.optics
Polarization and wavelength agnostic nanophotonic beam splitter
高性能的光学分束镜对于先进硅光子集成电路的发展具有重要意义。然而，由于绝缘体上硅平台的高折射率对比度，现有技术的Si分光器受到带宽、偏振依赖性和对制造误差的敏感性的权衡的阻碍。在这里，我们提出了一种新的策略，利用模式工程开槽波导，以克服这些限制，使超宽带偏振不敏感的光功率分配器，与宽松的制造公差。所提出的分路器依赖于一个单模缝隙波导，该缝隙波导通过对称的锥形转变为两个条形波导，从而产生等功率分路。基于这一概念，我们通过实验证明了$\pm$在前所未有的390 nm带宽（1260 - 1650 nm）中的0.5 dB偏振无关传输，甚至在波导宽度偏差高达$\pm$ 25 nm的情况下也是如此。
2018-06-25 physics.app-ph physics.optics
Self-organization of atoms along a nanophotonic waveguide
原子耦合到纳米光子界面代表了量子光-物质相互作用研究的一个令人兴奋的前沿。虽然大多数工作都考虑了静态原子和光之间的相互作用，在这里，我们证明了丰富的现象可以产生自洽的原子内部状态，光学散射和原子力之间的相互作用。我们详细考虑了原子耦合到一维纳米光子波导的情况，并表明这种相互作用引起沿波导的原子位置的自组织，这可以通过反射和透射光谱的不同特性进行实验探测。
2012-11-24 physics.optics quant-ph
Generation of ultra broadband coherent supercontinuum in tapered and dispersion managed silicon nanophotonic waveguides
研究了用于产生最佳超宽带超连续谱（SC）的锥形和色散管理（DM）硅纳米光子波导。DM波导是示出纵向依赖的群速度色散的结构，其由波导宽度随传播距离的变化引起。为了生成最优的SC，遗传算法已被用来找到最好的分散图。对于2 $μ$ m、200 fs和6.4 pJ输入脉冲，这允许分别对于锥形波导和DM波导在-20 dB水平下产生跨越从1300 nm到2860 nm的1.14倍频程和从1200 nm到2870 nm的1.25倍频程的高度相干超连续谱。这两种结构与通常考虑的最佳固定宽度波导的比较表明，SC在更精细的DM波导中更宽和更平坦，同时通过变化的色散确保高相干性。
2017-01-20 physics.optics
Inverse design of coherent supercontinuum generation using free-form nanophotonic waveguides
针对纳米光子波导几何自由度受非线性随机物理限制的问题，引入逆向设计自由形式Si3N4波导，实现可见到中红外的平坦相干超连续谱。
2023-12-17 physics.optics
Adapted poling to break the nonlinear efficiency limit in nanophotonic lithium niobate waveguides
针对纳米光子铌酸锂波导因纳米非均匀性导致非线性效率低的问题，提出适配极化方法消除该影响，实现接近理论极限的二次谐波效率，打破转换效率与泵浦功率的权衡。
2023-07-21 physics.optics
Input-Output Formalism For Few-Photon Transport in One-Dimensional Nanophotonic Waveguides Coupled to a Qubit
我们扩展了量子光学的输入输出形式，分析了嵌入量子比特的波导中的少光子输运。我们提供了明确的分析推导单光子和双光子散射矩阵元素的基础上运营商方程的海森堡图片。
2010-11-15 physics.optics quant-ph
Mixing second and third-order nonlinear interactions in nanophotonic lithium-niobate waveguides
在本文中，我们已经研究了二阶和三阶非线性之间的相互作用，在具有强波导色散的锂酸盐波导中使用均匀和线性啁啾极化模式在输入功率在皮焦耳范围内。我们已经实现了准确的单向脉冲传播模型，以考虑所有可能的非线性相互作用，这些结构。特别是，极化周期已被设计为准相位匹配的单和多和差频产生过程。我们已经展示了如何极化周期可以作为一个额外的自由度，以前所未有的方式定制基于芯片的非线性波导的输出光谱。
2022-04-22 physics.optics
Dispersion properties of a nanophotonic Bragg waveguide with finite aperiodic cladding
本文对一种新型的平面布拉格反射波导的导模进行了全面的分析，这种波导是由一个低折射率的波导层夹在两个有限长的非周期反射镜之间构成的。反射镜中的层根据Kolakoski替换规则非周期性地布置。在这样的波导中，光通过来自反射镜的布拉格反射被限制在芯内，而导模的色散特性强烈地依赖于包层的非周期性。利用传输矩阵形式的带隙条件，研究了这种布拉格反射波导导模的色散特性和模式分布。
2015-10-12 physics.optics
Ultra-broadband nanophotonic phase shifter based on subwavelength metamaterial waveguides
光学移相器广泛应用于集成光学中，不仅用于电信和电信应用，而且用于传感器和量子计算。虽然已经展示了各种有源解决方案，但仍然缺乏无源移相器的进展。在这里，我们提出了一种新型的超宽带90°移相器，它利用了亚波长超材料波导的各向异性和色散工程。我们的Floquet-Bloch计算预测，在从1.35 $μ$ m到1.75 $μ$ m的前所未有的操作范围内，即覆盖E、S、C、L和U电信频带的400 nm带宽，相移误差低于$\pm$ 1.7°。即使在$\pm$ 20 nm的制造误差存在下，我们的移相器的平坦光谱响应也能保持，表现出比传统结构更大的鲁棒性。我们的设备进行了实验证明，使用标准的220 nm厚的SOI晶片，显示了四倍减少的相位变化相比，传统的移相器在145 nm的波长范围内，我们的测量设置。该亚波长工程移相器为新型超宽带光子集成电路的研制奠定了基础。
2019-07-18 physics.app-ph physics.optics
Silicon Nanophotonic Waveguides for the Mid-Infrared
最近已经表明，硅纳米光子波导可以用于在单个芯片上构造光子数据传输系统的所有组件。这些组件可以与CMOS电子器件集成在一起，以创建复杂的电子-光子集成电路。硅纳米尺度导向的高场限制也使令人兴奋的新应用成为可能，从芯片级非线性光学到生物传感器和光力激活设备。迄今为止，硅波导的大多数实验都是在近红外波长范围内进行的，范围从1.1-2微米。在这里，我们表明，单模硅纳米波导可用于中红外波长，特别是在4.5微米，或2222.2 1/cm。这个想法已经出现在理论文献中，但实验实现一直难以捉摸。这一结果代表了第一个实用的硅中红外集成波导系统，并实现了一系列新的应用。
2009-11-04 physics.optics
Vertical optical ring resonators fully integrated with nanophotonic waveguides on silicon-on-insulator substrates
我们展示了在绝缘体上硅衬底上的硅纳米光子波导与垂直光学环形谐振器的完全集成，以实现朝向3D光子集成的重要一步。片上集成是通过将2D差分应变TiO 2纳米膜卷起到纳米光子微芯片上的3D微管腔中来实现的。集成配置允许平面内波导和垂直微管腔之间的平面外光学耦合作为紧凑且机械稳定的光学单元，这可以实现多个光子层的3D堆叠中的精细垂直光传输。在这种垂直传输方案中，基于亚波长厚壁微腔演示了通信波长光信号的谐振滤波。此外，制备了微管腔阵列，并且每个微管腔与多个波导集成，这开辟了通过单腔器件的并行和多路由以及高通量光流体感测方案的有趣前景。
2015-06-29 physics.optics
Chiral nanophotonic waveguide interface based on spin-orbit coupling of light
通过纳米光子波导控制光的流动具有改变集成信息处理的潜力，就像传统玻璃纤维彻底改变了全球通信一样。由于光的强横向限制，这种波导引起被引导光子的内部自旋与其轨道角动量之间的耦合。在这里，我们采用这种光的自旋-轨道耦合来打破纳米光子波导表面上的单个金纳米颗粒对光的光的散射的镜像对称性。因此，我们实现了一种手性波导耦合器，其中入射光的旋向性决定了波导中的传播方向。利用这种效应，我们可以控制散射过程的方向性，并将高达94%的耦合光引导到给定的方向。这使得控制和操纵光波导和纳米光子结构中的光以及设计集成光学传感器的新方法成为可能。
2014-06-09 physics.atm-clus physics.optics quant-ph
An octave spanning mid-infrared frequency comb generated in a silicon nanophotonic wire waveguide
我们展示了一个倍频程跨越频率梳的光谱覆盖波长从1,540 nm到3,200 nm。超连续谱是通过用70 fs的脉冲以仅15 pJ的能量泵浦1cm长的色散工程硅线波导而产生的。我们确认的相位相干性的输出光谱拍超连续谱与窄带连续激光。我们表明，实验结果与数值模拟一致。
2014-05-16 physics.optics
Isotropic fabrication of centimeter-scale, low propagation-loss periodically poled lithium niobate nanophotonic waveguides for efficient second harmonic generation
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；East China Normal University（华东师范大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Shanxi University（山西大学）；Shandong Normal University（山东师范大学）
通过飞秒激光光刻辅助化学机械刻蚀（PLACE）实现各向同性刻蚀，制备出1.2厘米长、传播损耗仅0.042 dB/cm、占空比均匀50%的周期性极化铌酸锂纳米光子波导，在1525 nm连续波泵浦下获得2021%/W的归一化准相位匹配二次谐波转换效率和64%的绝对转换效率。
2026-05-27 physics.optics
Optomechanical Multi-Mode Hamiltonian for Nanophotonic Waveguides
我们开发了一个系统的方法来推导量子光学多模哈密顿的光子和声子在纳米光子介电材料的相互作用，通过微扰理论的电磁哈密顿量。哈密顿量涵盖了辐射压力和电致伸缩相互作用的平等地位。作为一个典型的例子，我们将我们的方法应用到一个圆柱形纳米波导，并推导出一个布里渊量子光力学的哈密顿描述。我们分析表明，在纳米波导辐射压力占主导地位的电致伸缩，与最近的实验。计算的光子-声子耦合参数被用来推断斯托克斯布里渊散射的增益参数，与实验观察符合得很好。
2016-08-03 physics.optics quant-ph
Chip-based f-2f interferometry in periodically tapered lithium niobate nanophotonic waveguides
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Peking University（北京大学）
本文提出一种周期性渐变铌酸锂波导，利用chi(2)和chi(3)非线性效应实现宽谱重叠的f-2f干涉测量，实现低脉冲能量下的载波-包络偏移频率检测。
2026-04-24 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
Generation of ultra broadband coherent supercontinuum in tapered and dispersion managed silicon nanophotonic waveguides
研究了用于产生最佳超宽带超连续谱（SC）的锥形和色散管理（DM）硅纳米光子波导。DM波导是示出纵向依赖的群速度色散的结构，其由波导宽度随传播距离的变化引起。为了生成最优的SC，遗传算法已被用来找到最好的分散图。对于2 $μ$ m、200 fs和6.4 pJ输入脉冲，这允许分别对于锥形波导和DM波导在-20 dB水平下产生跨越从1300 nm到2860 nm的1.14倍频程和从1200 nm到2870 nm的1.25倍频程的高度相干超连续谱。这两种结构与通常考虑的最佳固定宽度波导的比较表明，SC在更精细的DM波导中更宽和更平坦，同时通过变化的色散确保高相干性。
2016-12-01 nlin.PS physics.optics
Mid-infrared continua via spectral broadening and difference frequency generation in a nanophotonic lithium niobate waveguide
本研究利用纳米光子铌酸锂波导的双级设计，通过三阶光谱展宽与周期极化段的脉内差频产生，在电信波长飞秒源泵浦下实现了覆盖350-4800nm的超宽相干光谱，为中红外宽带光源提供了新方案。
2025-10-27 physics.optics
High performance nanophotonic circuits based on partially buried horizontal slot waveguides
我们提出了一种新的平台，以构建高性能的纳米光子器件在低折射率的电介质薄膜在电信波长。通过PECVD沉积高折射率非晶硅来形成水平槽提供了一种方便且低成本的方式来定制纳米光子器件以满足应用需求。获得小于2 dB/cm的低传播损耗，使我们能够制造具有超过10^5的高光学品质因数的光学谐振器。我们设计和实验证明片上光栅耦合器，有效地耦合到集成电路的光耦合损耗为4分贝和光学带宽超过110 nm。整个片上电路组成的输入/输出耦合器，马赫-曾德尔干涉仪与高消光比和环形，跑道谐振器的设计，制造和表征。
2014-01-20 physics.optics
Physical origin of higher-order soliton fission in nanophotonic semiconductor waveguides
在克尔介质中产生超连续谱已成为非线性光学的一个重要研究方向。它因促进了对孤子传播的理解以及它在广泛领域中的许多应用而闻名。激光的相干光谱展宽现在通常在实验室中进行，并用于商业白光源。目前，该技术的前景正在推动不同集成平台的实验，如绝缘体上半导体波导。光谱展宽的核心是高阶孤子分裂的概念。虽然在石英光纤中被广泛接受，但半导体波导中孤子衰减的动力学仍然知之甚少。特别是，二氧化硅中不存在的非线性损耗和自由载流子的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这里，通过实验和模拟，我们表明，非线性损耗是占主导地位的扰动线波导，而自由载流子色散是占主导地位的光子晶体波导。
2018-05-14 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
Chirality of nanophotonic waveguide with embedded quantum emitter for unidirectional spin transfer
可扩展的量子技术需要在存储量子信息的物质量子比特和在集成电路和波导中携带信息的光子量子比特之间进行忠实的转换。我们证明了在纳米光子波导中产生的电磁场手性导致从嵌入的量子点量子发射器的单向发射，从而在平面内传输物质量子比特（自旋）信息。尽管波导的几何形状和材料是非手性的，但手性行为仍然发生。利用量子点配准技术，我们实现了量子发射器确定性地定位在一个手征点上，并通过设计实现了自旋路径转换。我们测量并比较了单模纳米束和光子晶体波导中的现象。前者是更宽容的点的位置，表现出高达95 +/- 5%的实验自旋路径读出，并有可能作为未来的自旋逻辑和网络实现的基础。
2015-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electroabsorption in gated GaAs nanophotonic waveguides
我们报告了在薄GaAs/Al $_{0.3}$ Ga $_{0.7}$ As纳米光子波导与嵌入式$p$ - $i$ - $n$结的电吸收的分析。通过测量不同长度的波导的传输，我们推导出作为电场，波长和温度的函数的传播损耗。结果与Franz-Keldysh模型的电吸收延伸超过200 meV以下的GaAs带隙，即在910- 970 nm的波长范围内，在很好的协议。我们发现在正向偏压，我们归因于费米能级钉扎在波导表面，在室温下产生超过20 dB/mm的损失，一个显着的剩余吸收。这些结果对于理解在自组装InAs半导体量子点的发射范围内操作的纳米光子器件中的损耗的起源是必不可少的，从而实现可扩展的量子光子集成电路。
2021-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Investigation of nanophotonic lithium niobate waveguides for on-chip evanescent wave sensing
本研究比较了薄膜铌酸锂脊形波导中TE和TM模式的倏逝波传感性能，发现TE模式因较低的传播损耗更适合传感，为片上铌酸锂传感器设计提供了指导。
2024-05-15 physics.app-ph physics.optics
Nanophotonic waveguide enhanced Raman spectroscopy of biological submonolayers
表征单层生物分子一直是一个重大挑战。我们展示了纳米光子波导增强拉曼光谱（NWERS）的单层在近红外区域，使实时测量的杂交的DNA链和密度的子单层的生物素-链霉亲和素复合物固定在光子芯片的顶部。NWERS基于增强的倏逝波激发和收集纳米光子波导附近的自发拉曼散射，对于一厘米的氮化硅波导，其提供的信号比共焦拉曼显微镜高出四个数量级以上。减少的采集时间和信号的特异性允许对表面物质进行定量和实时表征，这是迄今为止使用拉曼光谱法不可能实现的。NWERS为单层研究提供了直接的分析工具，并开辟了一条通往紧凑型无显微镜芯片实验室设备的路线，该设备具有使用可批量生产的CMOS技术平台制造的集成源，光谱仪和检测器。
2016-08-29 physics.ins-det physics.optics
Ultra-broadband spectral and polarisation entanglement using dispersion-engineered nanophotonic waveguides
本文提出利用色散工程纳米光子波导，通过自发四波混频产生超宽带光谱与偏振纠缠光子对，实现高维频率纠缠和宽波段偏振纠缠，推动量子光子技术发展。
2025-06-21 physics.optics
Guided mode meta-optics: Metasurface-dressed nanophotonic waveguides for arbitrary designer mode couplers and on-chip OAM emitters with configurable topological charge
超颖表面在自由空间裁剪复杂光场方面取得了丰硕的成果。然而，应用元光学的概念来完全控制波导模式的系统研究仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个全面的目录，能够选择性地和排他性地激发几乎任意的高阶波导模式的利益，利用硅超颖表面图案化的氮化硅波导。通过同时设计超颖表面的相位匹配梯度和纳米天线近场与目标波导模式之间的矢量空间模式重叠以用于激励，成功地发射了单个或多个高阶模式，具有高达98%的高纯度和宽带宽。此外，理论上还证明了片上扭曲光发生器具有从-3到+2的可配置OAM拓扑电荷\ell，作为超表面使能导模光学的综合框架，并激励进一步的应用，如多功能集成耦合器，解复用器和基于模分复用的通信系统。
2021-11-03 physics.optics
Heralded pure single-photon sources using nanophotonic waveguides with quadratic and cubic nonlinearities
本文提出利用自发四波混频与和频产生在AlGaAs和LiNbO$_3$纳米光子波导中的相互作用，开发集成纯预示单光子源，显著提升了光子对的光谱纯度并放宽了设计限制，为室温片上光子探测及量子信息处理应用铺平道路。
2024-11-12 physics.optics
Passive All-Optical Nonlinear Neuron Activation via PPLN Nanophotonic Waveguides
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究提出了一种基于PPLN波导的被动全光非线性激活方法，实现了80%的转换效率，展示了在神经推理中的应用潜力，与数字实现性能相当。
2026-03-06 physics.app-ph physics.optics
Shaping the modal confinement in silicon nanophotonic waveguides through dual-metamaterial engineering
在硅光子波导中的模态限制的灵活控制对于许多应用是有吸引力的特征，包括传感和有源材料的混合集成。在大多数情况下，条形波导是最大化光与波导周围环境相互作用的优选解决方案。然而，在Si条形波导中仅有的两个自由度是宽度和厚度，导致在倏逝场控制中的有限灵活性。在这里，我们提出并证明了一种新的策略，利用超材料工程的波导芯和包层控制在垂直和水平方向的折射率对比度，独立。与条形波导的最佳情况（0.3）相比，所提出的双材料几何形状产生了与空气的显著增加的计算重叠（0.35）。为了实验证明这种方法的潜力，我们已经实现了双超材料环形谐振器，在220 nm厚的波导中以空气作为上包层，以横向磁偏振模式工作。用条形和双超材料波导实现的微环谐振器表现出相同的测量品质因数，接近30，000。具有类似的测量品质因数和更好地计算外部限制因子比条形波导，所提出的双超材料几何形状代表作为一个有前途的方法来控制模式限制在硅波导。
2021-05-31 physics.optics
Scattering of a cross-polarized linear wave by a soliton at an optical event horizon in a birefringent nanophotonic waveguide
在集成结构中，实验和数值研究了正交偏振孤子引起的线性波在光学事件视界上的散射。实验在色散工程双折射硅纳米光子波导中进行。与共极化波形成鲜明对比的是，两个交叉极化波的群速度之间的巨大差异使得频率转换几乎与孤子波长无关。结果表明，在350 nm的泵浦调谐范围内，产生的闲频光在1550 nm附近仅发生了10 nm的位移。利用两个耦合的全矢量非线性薛定谔方程进行的模拟完全支持实验结果。
2016-03-25 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.optics
Intense optical parametric amplification in dispersion engineered nanophotonic lithium niobate waveguides
集成光子学中的强放大是计算、通信、传感和量子信息处理最期望的光学功能之一。半导体增益和立方非线性，如四波混频和受激拉曼和布里渊散射，已经成为芯片上研究最多的放大机制之一。或者，具有强二次非线性的材料平台在增益和带宽方面具有许多优势，其中纳米光子锂离子材料是最有前途的候选材料之一。在这里，我们将准相位匹配与色散工程相结合，在纳米光子晶体锂酸盐波导中实现了强烈的光参量放大。我们测量了一个宽带相敏片上放大大于45 dB/cm的2.5毫米长的波导。我们进一步确认高增益操作的退化和非退化制度，通过放大真空波动的宏观水平在6毫米长的波导，与片上增益超过100 dB/cm的600 nm的带宽约2 $μ$ m。我们的研究结果为片上少周期非线性光学、中红外光子学和量子光子学开启了新的可能性。
2022-03-15 physics.optics quant-ph
Sub-radiant states for imperfect quantum emitters coupled by a nanophotonic waveguide
定制光子结构中量子发射器之间的相干相互作用是未来量子技术的基本组成部分，但在复杂的固态环境中观察仍然具有挑战性，其中必须考虑退相干的作用。在这里，我们研究了在一个现实的固态环境中的一维波导介导的两个量子发射器之间的光学相互作用，专注于创建，人口和检测的亚辐射状态，在存在的退相。我们发现，随着失相的增加，子辐射的签名迅速消失在强度测量，但仍然明显的光子相关测量，特别是当两个发射器分别泵浦，以便有效地填充子辐射状态。应用格林张量方法模拟了光子晶体波导，包括对集成发射器空间位置的依赖性。这项工作奠定了一条路线的实验实现亚辐射态的纳米光子波导含有固态发射器。
2022-06-01 physics.optics quant-ph
Arbitrary Polarization Conversion Dichroism Metasurfaces for All-in-One Full Poincaré Sphere Polarizers
偏振的控制是光的基本性质，具有广泛的科学和技术兴趣。起偏器是实现直接偏振产生不可缺少的光学元件。然而，除了常见的线偏振和圆偏振之外，任意偏振的产生严重依赖于通过级联线偏振器和波片的庞大光学组件。本文提出了一种基于理想任意偏振转换二向色性的全庞加莱球偏振器的设计方法，并在单层全介质超颖表面上实现。它允许位于庞加莱球任意位置的一个偏振态优先传输和转换到其旋向性翻转状态，同时完全阻止其正交状态。与以前的工作相比，只有线性或圆偏振的灵活性有限，我们的方法表现出完美的二向色性接近100%的理论和超过90%的实验中的任意偏振态。利用这种诱人的二向色性，我们直接从非偏振光演示单片全庞加莱球偏振发生器可以极大地扩展元光学的范围，并大大推动最先进的纳米光子器件。
2020-06-11 physics.optics
Hybrid Trapping of Cold Atoms with Surface Forces and Blue-Detuned Evanescent Light on a Nanophotonic Waveguide
Humboldt Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
利用表面力和蓝移倏逝光在光子波导上实现冷原子的混合捕获，实现了长存储时间和高相干时间，为中性原子量子技术提供新机遇。
2025-09-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Highly-tunable efficient second-harmonic generation in a lithium niobate nanophotonic waveguide
高度可调谐相干光的产生对于许多重要的光子应用是至关重要的。二次谐波产生（SHG）是用于此目的的主要方法，然而，其在常规非线性平台中表现出转换效率和波长可调谐性之间的折衷。最近发展的集成锂酸盐（LN）技术使得可以在保持高转换效率的同时实现大波长调谐。在这里，我们报告的片上倍频，同时实现了一个大的可调谐性和高转换效率内的一个单一的设备。我们利用LN独特的强热光双折射，实现灵活的温度调谐的I型模间相位匹配。在长度仅为8 mm的LN纳米光子波导中，我们实现了光谱调谐，调谐斜率为0.84 nm/K，非线性转换效率为4.7% W $^{-1}$。我们的器件显示了高效的片上波长转换的巨大潜力，以产生高度可调谐的相干可见光，为广泛的应用，同时利用成熟和具有成本效益的电信激光技术的优势。
2018-04-10 physics.optics
Erbium emitters in commercially fabricated nanophotonic silicon waveguides
本研究展示了铒发射体可可靠集成于商业制备的低损耗硅波导，实现窄线宽与磁场下自旋分裂，为CMOS工艺制造长寿命量子存储器奠定基础。
2023-07-26 physics.optics quant-ph
Second-Harmonic Generation in Etchless Lithium Niobate Nanophotonic Waveguides with Bound States in the Continuum
自量子力学首次提出连续介质束缚态以来，它在各种体系中得到了广泛的研究。光子BIC可以实现光模限制并为非线性光学提供场增强，但它们很少被用于非线性集成光子波导。将BIC应用于光子集成电路中，可以在高折射率衬底上的低折射率波导中实现低损耗的光引导和路由，适用于具有非线性材料的集成光子学。在这里，我们报告的实验演示的二次谐波产生从电信到近可见光波长的无蚀刻的锂离子酸盐平台上使用的光子BIC的二次谐波模式。该器件具有0.175%W-1cm-2的二次谐波转换效率和优异的热稳定性，从25°C到100°C的波长漂移仅为1.7 nm。我们的研究结果代表了一种新的非线性集成光子学的范例，它可以实现广泛的片上应用，如光学参数生成，信号处理和量子光子学。
2021-09-30 physics.optics
Dual-comb spectroscopy with tailored spectral broadening in Si$_3$N$_4$ nanophotonics
Si $_3$ N $_4$波导，在1550 nm处泵浦，可以在重要的2 ${\mathrmμ}$ m至2.5 ${\mathrmμ}$ m大气水窗口中为气体光谱提供光谱平滑的宽带光，这对于基于二氧化硅光纤的系统仅是部分可达的。通过在定制的Si $_3$ N $_4$波导中结合Er+：光纤频率梳和超连续谱产生，展示了跨越2 ${\mathrmμ}$ m到2.5 ${\mathrmμ}$ m的高信噪比双梳光谱（DCS）。获得的CO和CO的宽带双梳谱$_2$符合数据库线形模型，并具有高达48 $/\sqrt{\mathrm{s}}$的光谱信噪比，表明在Si $_3$ N $_4$超连续谱产生中保持了两个梳之间的高相干性。DCS品质因数为6 $\times 10^6/\sqrt{\mathrm{s}}$，相当于1.6 ${\mathrmμ}$ m波段的全光纤DCS系统。基于这些结果，未来的DCS可以将光纤梳技术与Si $_3$ N $_4$波导相结合，以在稳健的非实验室平台中访问新的光谱窗口。
2018-11-14 physics.app-ph physics.optics
Super-radiant emission from quantum dots in a nanophotonic waveguide
未来可扩展的光子量子信息处理依赖于将多个相互作用的量子发射器集成到单个芯片中的能力。量子点提供了理想的片上量子光源。然而，实现芯片上多个量子点之间的量子相互作用是一项具有挑战性的任务，由于其频率和位置的随机性，需要本地调谐技术和远程量子相互作用。在这里，我们展示了纳米光子波导上遥远的两个量子点之间的量子相互作用。我们通过将量子点集成到纳米光子波导的相同光学模式来实现光子介导的远程相互作用，并通过将片上热调谐器结合来克服光谱失配。我们观察到它们的量子相互作用的超辐射发射的形式，其中两个点集体发射速度比每个点单独。从集成的量子发射器产生超辐射发射可以使紧凑的芯片集成的光子结构表现出长程量子相互作用。因此，这些结果代表了朝着建立由半导体芯片上的多个相互作用的量子发射器组成的光子量子信息处理器迈出的重要一步。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient fiber-optical interface for nanophotonic devices
我们展示了一种用于将来自单模光纤的引导光有效耦合到纳米光子器件的方法。我们的方法利用单侧锥形锥形光纤，其在最后~10 μ m上渐逝地耦合到纳米光子波导。通过选择合适的锥度实现绝热模转移，单模光纤-波导耦合效率高达97（1）%。获得了有效的耦合，为广泛的设备的几何形状，无论是单夹在一个芯片上或连接到光纤，展示了集成纳米光子电路，量子光学和纳米级传感应用的一个很有前途的方法。
2014-09-26 physics.optics
Deterministic positioning of nanophotonic waveguides around single self-assembled quantum dots
在纳米光子结构中的预定位置嵌入自组装量子点（QD）的能力是复杂量子光子架构发展的关键。在这里，我们证明了量子点可以确定性地定位在纳米光子波导通过预先定位量子点相对于一个全球的参考系，使用微光致发光（$μ$ PL）光谱。纳米薄膜化后，$μ$ PL图像显示波导的中心轴和嵌入的QD之间的错位仅为$(9\pm46$）nm和$(1\pm33$）nm，对于嵌入在未掺杂和掺杂膜中的QD，分别。量子点位置的先验知识使我们能够研究纳米纤维引入的光谱变化。我们记录的平均光谱位移范围从0.1至1.1 nm，表明制造引起的位移一般可以通过电或热调谐的量子点进行补偿。最后，我们量化的极化率，永久偶极矩和发射频率在消失的电场不同的量子点电荷状态的纳米纤维的影响，发现这些变化是恒定的，只有70 nm的量子点表面分离。因此，我们的方法确定性地将量子点集成到纳米光子波导中，其光场包含纳米级结构，并且其群指数在纳米级上变化。
2020-08-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
