Hybrid microwave-optical scanning probe for addressing solid-state spins in nanophotonic cavities
基于固态原子缺陷的自旋-光子界面在量子信息处理中有着广泛的应用。为了最大化光-物质耦合强度，通常在纳米器件内部放置缺陷。将光和微波辐射有效地耦合到这些结构中是一项实验挑战，特别是在样品访问受限的低温或高真空环境中。在这项工作中，我们展示了一个基于光纤的扫描探针，同时耦合到一个平面光子电路的光，并提供高功率微波驱动电子自旋跃迁。光学部分实现了46%的单向耦合效率，而微波部分提供了强度高达9高斯的交流磁场。整个探头可以在$^3$ He低温恒温器内的大量设备上进行扫描，而无需自由空间光学访问。我们证明了这种技术与硅纳米光子电路耦合到单个Er $^{3+}$离子。
2020-12-11 physics.optics quant-ph
Singular states of resonant nanophotonic lattices
介绍了纳米光子共振系统中的基本效应及其性质。光谱中出现了与晶格结构和材料组成密切相关的共振亮通道和非共振暗通道。亮态对应于高反射率导模共振（GMR），而暗通道代表连续谱（BIC）中的束缚态。即使在简单的系统中，具有可调带宽的奇异状态也表现为与其他谐振特征分离的孤立谱线。在适度的晶格调制下，存在不可抑制的漏带变形，合并模态带，并导致偏移暗态和反射BIC以及高反射率宽带内的透射BIC。Rytov型有效介质理论（EMT）被证明是一个强大的手段来描述，制定和理解集体GMR/BIC的基本原理在共振光子系统。特别是，丢弃的Rytov非对称场的解析解在这里示出预测暗BIC状态基本上是准确的相当大的调制水平。等效EMT均匀膜的传播常数提供了一个突出的，经常被引用的嵌入BIC本征值的定量评价。最后通过实验验证了关键效应。
2022-10-01 physics.optics
Tuning out disorder-induced localization in nanophotonic cavity arrays
弱耦合高Q纳米光子腔是慢光波导和其他纳米光子器件的构建模块。它们的功能主要取决于调谐，因为谐振频率应保持在设备的带宽内。非均匀无序导致随机频率偏移，这导致光在单腔中的局部化。我们提出了一种新的方法来微调耦合纳米腔系统中的光的单个共振。我们使用全息激光诱导加热，并使用响应矩阵方法解决纳米腔之间的热串扰。作为一个主要的结果，我们观察到的3个纳米光子共振，这是最初分裂的无序同时anticrossing。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable Resonant Metasurfaces Empowered by Atomically Thin Semiconductors
本研究将原子级薄过渡金属二硫属化物与高折射率介电超表面结合，利用激子态对载流子密度的依赖实现电压调谐的反射率与偏振响应，为光学模拟计算和神经形态电路提供可调时变平台。
2025-09-25 physics.optics
Geometry-Invariant Resonant Cavities
谐振腔是科学和技术各个学科的基本组成部分之一，从抽象的理论建模到日常生活设备都有许多应用。传统腔的本征频率是其几何形状的函数，因此，选择谐振腔的尺寸和形状以便在特定频率下操作。在这里，我们从理论上证明了几何不变谐振腔的存在，即，本征频率相对于几何变形不变的谐振器。这种效应是通过利用零折射率超材料的不寻常特性来获得的，该超材料能够使时间和空间场变化解耦。这类新的谐振器可能会激发替代的设计概念，它可能会导致第一代可变形谐振设备。
2015-10-23 physics.optics
Nanophotonic cavity optomechanics with propagating phonons in microwave Ku band
研究了微波Ku波段多光子纳米腔与传播机械波的边带分辨耦合。相干和强的光子-声子相互作用表现为光机械诱导的透明和吸收，以及多腔中的相位相干相互作用。在回声室内，它示出了声子脉冲可以与嵌入的纳米腔多次相互作用。我们的器件提供了一个可扩展的平台，用于微波光子学和量子光子学的光学机械耦合声子和光子。
2015-07-03 physics.optics
Optimal photonic crystal cavities for coupling nanoemitters to photonic integrated circuits
用成熟的半导体技术制造的光子集成电路对于实现可扩展的量子技术具有很大的希望。量子发射器和纳米光子器件之间的有效接口是在硅芯片上实现这种实现的关键构件。这些接口可以实现为具有高品质因数和波长尺度模体积的纳米束光学腔，从而提供纳米级量子发射器和纳米光子电路之间的增强的耦合。实现这样的谐振结构对于可见光波长范围是特别具有挑战性的，其中许多当前考虑的量子发射器工作，并且如果期望与现代半导体纳米制造工艺兼容。在这里，我们表明，光子晶体纳米梁腔的可见光谱可以设计和制造直接在衬底上具有高的品质因数和小的模式体积。我们比较基于确定性和模式匹配方法的设计，并发现后者有利于基板上实现。我们的研究结果铺平了道路，将量子发射器与纳米光子电路应用于量子技术。
2019-09-05 physics.optics quant-ph
Multi-partite entanglement in extreme nanophotonic cavities
本文设计工作于780 nm、具有约10^7品质因子和亚波长限制的纳米梁光子晶体腔，实现与超冷^87Rb原子的高效耦合、精确捕获及抗位移相干纠缠，并支持扩展为大型量子网络。
2024-10-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Resonant Thermoelectric Nanophotonics
光电探测器通常基于来自半导体结构中的电子-空穴对的光电流生成以及基于用于低于带隙吸收的波长的测辐射热法。在这两种情况下，共振等离子体和纳米光子结构已成功地用于提高性能。在这项工作中，我们展示了设计用于共振光谱选择性吸收的亚波长热电纳米结构，其产生足够大的局部温度梯度以产生易于测量的热电电压。我们表明，这样的结构是可调的，并能够高度波长特定的检测，与输入功率响应度高达119 V/W（参考入射照明），响应时间近3 kHz，通过结合谐振吸收和热电结在一个单一的结构，产生一个带隙独立的光电探测机制。我们报告的结果，共振纳米光子碲化铋-碲化锑结构和铬镍-铝镍结构的例子，广泛的一类纳米光子热电结构，可用于快速，低成本和强大的光电应用，如非带隙限制的高光谱和宽带光电探测器。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrically Reconfigurable Silicon Carbide Nanophotonic Cavities on Thin-Film Lithium Niobate
The 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）
本研究构建了混合纳米光子平台，通过键合SiC纳米腔阵列到LNOI实现电调谐，以补偿腔无序与自旋非均匀性，为大规模集成量子光子学提供可重构自旋-光子接口
2026-08-04 physics.optics quant-ph
Spontaneous symmetry breaking in a coherently driven nanophotonic Bose-Hubbard dimer
报道了在相干驱动耗散耦合光腔中首次观测到自发镜像对称破缺的实验结果。观察到SSB是由于两个对称泵浦和倏逝耦合的光子晶体纳米腔之间的空间或镜像Z2对称性的破坏，并且表现为两个腔中的一个腔中的随机强度局域化。我们发现，在具有排斥玻色子相互作用（U > 0）的系统中，观察到一个纯干草叉分叉需要负的光子跳跃能量（J < 0），我们已经实现了在我们的光子晶体分子。在驱动强度和失谐量的二维参数空间的很宽范围内观察到单边带，在那里我们还发现了一个表现出非对称行为的区域。我们的结果为单边带的极限环和确定性混沌的实验研究以及单边带跃迁附近的非经典光子关联的研究奠定了基础。
2021-08-03 physics.optics
High-efficiency degenerate four wave-mixing in triply resonant nanobeam cavities
我们证明了三重共振克尔$χ^(3)$光子晶体（PhC）纳米梁腔中的高效率，简并四波混频。利用时间耦合模理论和非线性时域有限差分（FDTD）模拟相结合的方法，研究了共振四波混频过程的非线性动力学，并证明了在低功率下观察到与泵浦光的$\approx 100$ %耗尽相对应的高效率极限环和稳态转换的可能性，甚至包括由于损耗、自相位调制和交叉相位调制的影响，以及不完美的频率匹配。假设操作在电信范围内，我们预测接近完美的量子效率在合理的低$\sim$ 50毫瓦的输入功率在硅微米级腔。
2013-11-16 physics.optics
Difference-frequency generation with quantum-limited efficiency in triply-resonant nonlinear cavities
我们提出了一个全面的研究二阶非线性差频产生的三重谐振腔使用的理论框架的基础上耦合模理论。我们发现，最佳的量子限制转换效率可以实现在任何泵浦功率时，在泵浦和空闲频率的功率满足一个临界关系。我们证明了存在一个广泛的参数范围内，所有的三倍频共振DFG过程表现出单稳态转换。我们还证明了存在一个几何依赖的非线性区域。
2009-03-23 physics.optics
Halide-Perovskite Resonant Nanophotonics
卤化物钙钛矿是近年来出现的一种在光电子学和光电子学中有广泛应用前景的材料。最近的研究表明，由于低成本的制造，高值的折射率，激子在室温下的存在，宽带带隙的可调谐性，高的光学增益和非线性响应，以及它们与其他类型的结构的集成的简单性，它们的光学性能先进的纳米光子器件的设计许多新的机会。本文综述了近年来纳米结构钙钛矿晶体光学效应的研究进展及其潜在应用。
2018-07-13 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear frequency response of the multi-resonant ring cavities
本文提出了一种便于实际应用的描述多谐振非线性环形腔（RC）对强单色波作用的非线性频率响应的新理论方法。该方法将RC频率响应的多值性和波导的色散关系紧密联系起来，而波导是腔的制造材料。处理了非线性RC中多稳定区的产生。导出并讨论了克尔非线性光学环形腔双稳区和三稳区的阈值和动态范围。
2020-08-03 physics.optics
Free-space Excitation of Resonant Cavities formed from Cloaking Metamaterial
我们提出了一类新的谐振电磁结构，并研究其响应自由空间照明。该结构包括部分圆柱形外壳，具有由Pendry等人提出的隐身材料特性。这些超材料外壳具有允许入射辐射传播到内部谐振腔中的孔径。我们使用全波时间谐波分析研究腔内的场分布，并表明，通过自由空间照明可以有效地激发回音壁模式（WGMs）的模拟。
2008-10-28 physics.optics
Tunable Nanophotonic Devices and Cavities based on a Two-Dimensional Magnet
本研究利用二维反铁磁半导体 CrSBr 制备光子晶体板，通过外部磁场实现对其光子模式的原位精确调控，获得超过 500 的高 Q 因子及强光物质耦合，为可调谐纳米光子器件设计提供了新范式。
2025-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Laser fabrication of crystalline silicon nanoresonators from an amorphous film for low-loss all-dielectric nanophotonics
高折射率亚波长介电纳米谐振器的概念，支持电和磁光谐振，是一个有前途的平台，波导，传感和非线性纳米光子器件。然而，纳米谐振器中的高浓度缺陷降低了它们的谐振特性，这在很大程度上取决于它们的内部损耗。因此，它似乎是不可避免的，使用最初的晶体材料的纳米谐振器的制造。在这里，我们表明，通过飞秒激光烧蚀非晶（高损耗）硅薄膜的结晶（低损耗）共振硅纳米粒子的制造是可能的。我们采用两种概念上不同的方法：最近提出的激光诱导转移和一种新的激光写入技术的晶体纳米粒子的大规模制造。通过拉曼光谱和电子透射显微镜证明了所制造的纳米颗粒的结晶性，而使用暗场光学光谱和全波电磁模拟研究了纳米颗粒的光学谐振特性。
2015-12-12 physics.optics
Cylindrical vector resonant modes achieved in planar photonic crystal cavities with enlarged air-holes
我们揭示了三角晶格平面光子晶体在第一光子带的顶部带边支持具有径向和方位对称电场分布的布洛赫模。通过简单地扩大平面光子晶体的中心空气孔，可以得到两个由相应的布洛赫模分叉的圆柱矢量谐振模，它们具有约3,000的高品质因数和小的模体积。两个谐振模的远场辐射呈现出高质量的圆柱形矢量光束轮廓。通过改变中心缺陷周围的六个最近相邻的空气孔，可以优化谐振模式。谐振模近场和远场的柱对称特性为研究平面光子晶体腔中光与物质的相互作用和器件的发展提供了新的视角。
2017-09-11 physics.optics
A roundtrip matrix method for calculating the leaky resonant modes of open nanophotonic structures
我们提出了一种计算开放纳米光子结构准简正模的数值方法。该方法是基于散射矩阵和一个统一的特征值的往返矩阵的内部空腔，我们开发了详细的电磁场扩展的布洛赫模式的周期性结构。该方法比以前的散射矩阵方法更易于数值实现，更直观，任何基于散射矩阵的例程都可以从该方法中受益。我们演示了二维光子晶体的准简正模的计算，其中腔侧耦合和线耦合到一个无限大的W1波导，并表明，这些类型的腔的散射谱可以重建从复杂的准简正模频率。
2014-07-17 physics.comp-ph physics.optics
Raman suppression in nanophotonics enabled by multimode spectral filtering
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）；Department of Physics, University of Auckland（奥克兰大学物理系）；The Dodd-Walls Centre for Photonic and Quantum Technologies（多德-沃尔斯光子与量子技术中心）
本文提出通过控制多横模耦合与损耗来抑制拉曼散射，利用纳米刻蚀布拉格光栅和渐细波导实现多模耦合与选择性过滤，展示了在铌酸锂中生成两种不同 Kerr 非线性态的应用。
2026-05-09 physics.optics
Scattering matrix approach to the resonant states and Q-values of microdisk lasing cavities
本文发展了一种散射矩阵方法，用于数值计算任意形状和折射率任意变化的非理想光盘腔的谐振态和Q值。所开发的方法已被应用于研究表面粗糙度和折射率的不均匀性对激光应用的微盘腔的Q值的影响。我们证明，即使是小的表面粗糙度可以导致许多数量级的高Q腔模式的急剧退化。结合Poincare截面曲面和Husimi分布的检验，从波在弯曲介质界面上的反射角度对数值模拟结果进行了分析和解释。
2003-07-03 physics.optics
Design of plasmonic photonic crystal resonant cavities for polarization sensitive infrared photodetectors
我们设计了一种偏振敏感谐振腔用于中红外光电探测器，利用一个光子晶体腔和一个单一或双金属等离子体波导，以实现增强的探测器效率，由于优越的光学限制在有源区。由于谐振腔具有高频率和偏振敏感性，这种谐振腔结构可用于基于芯片的红外光谱仪和相机，可以高精度地区分不同的材料和温度。
2009-10-15 physics.optics
Multipolar nonlinear nanophotonics
非线性纳米光子学是一个快速发展的领域，在非线性纳米天线、光源、纳米激光器、传感器和超快微型元器件的设计中具有许多有用的应用。共振光子纳米结构中局部电磁场的严格限制可以增强非线性光学效应，从而为光的亚波长控制提供了多方面的机会。为了实现所需的功能，必须灵活控制纳米结构的近场和远场特性。因此，模态和多极分析被广泛用于工程非线性散射共振纳米级元件，特别是用于增强近场相互作用，剪裁远场多极干涉，和优化的辐射方向性。在这里，我们回顾了最近出现的研究领域的最新进展，从金属结构表现出局部等离子体共振混合金属介电和全电纳米结构驱动的米氏型多极共振和光致磁响应。
2016-09-07 physics.optics
Enhanced Directional Quantum Emission by Tunable Topological Doubly-Resonant Cavities
如何利用拓扑微腔来控制量子发射是光学界正在研究的课题之一。本文研究了双共振拓扑Tamm微腔中量子发射体的发射，根据实际应用的需要，这种微腔可以同时实现两个任意波长的双共振.为了实现这种腔中量子发射的增强，我们利用了可调谐双谐振模式，其中一个谐振模式对应于泵浦激光波长，另一个位于量子发射器的发射波长。理论和实验结果表明，量子发射体的泵浦激发和发射效率都得到了极大的提高。其主要物理机制可用双谐振腔时间耦合模理论来解释。此外，我们观察到更快的发射速率和更高的效率的单向量子发射，这在光学检测，传感，滤波和发光器件中有很好的应用前景。
2021-08-04 physics.optics
A nanophotonic laser on a graph
传统的纳米光子方案最大限度地减少了多重散射，以实现用于光传播和激光发射的分束器、干涉仪和光学腔的简化版本。相反，在这里，我们引入了一个由多个路径和干涉构建的纳米光子网络，通过光定位来控制和增强光与物质的相互作用。该网络由亚波长波导网构成，可以维持局部模式和由数百个节点的干涉引起的无镜光捕获。利用光学增益，这些模式可以容易地激光，达到$\sim$ 100 pm线宽。我们介绍了一个图形解决方案的麦克斯韦方程描述光的网络，并预测激光行动。在这个框架中，网络光学模式可以通过网络连接和拓扑结构来设计，并且激光可以通过网络形状来定制和增强。纳米光子网络为新的激光器件架构铺平了道路，可用于敏感的生物传感和片上光学信息处理。
2018-12-20 physics.optics
Photonic Crystal Cavities from Hexagonal Boron Nitride
可扩展的量子光子技术的发展需要在芯片上集成诸如具有非经典光源的光子晶体腔和波导的组件。最近，六方氮化硼（hBN）已成为一个有前途的平台，纳米光子学，双曲声子极化激元和光学稳定，超亮量子发射器的报告。然而，在可扩展的片上纳米光子电路、量子信息处理和腔量子电动力学（QED）实验中利用hBN需要用于制造单片光学谐振器的稳健技术。在这封信中，我们设计和工程高品质的光子晶体腔从hBN。我们采用两种方法的基础上的聚焦离子束方法和微创电子束诱导蚀刻（EBIE）技术，制造悬浮的二维（2D）和一维（1D）的腔质量（Q）因子超过2000。随后，我们通过直接写入、单步EBIE展示了单个腔的确定性、迭代调谐，而不会显着降低Q因子。由hBN制成的可调谐高Q腔的展示是基于范德华材料的纳米光子学的前所未有的进步。我们的研究结果和hBN处理方法为固态系统开辟了有前途的新途径，可应用于集成量子光子学，极化激元学和腔QED实验。
2018-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
An Optimization Method of Asymmetric Resonant Cavities for Unidirectional Emission
本文研究了一种非对称谐振腔（ARC）半四极半圆形状腔的射线模拟的重复性和精度，证实了方向性对形状误差的鲁棒性。在此基础上，我们提出了一种爬山算法，以优化的ARC单向发射。对不同的方向性评价函数进行了试验，建议对高度准直、单向的离子发射采用一定角度内的能量函数。利用这种方法，我们优化了ARC，在发散角为40 °时，远场辐射能量约占总辐射能量的0.46。这种优化方法是非常强大的ARC的形状工程，并可以应用于未来的研究与特定的发射性能的ARC。
2013-06-13 physics.optics
Enhanced stability from co-resonant cavities in a monolithic array
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Universities Space Research Association（大学空间研究协会）；Space Dynamics Laboratory（空间动力学实验室）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）
研究通过激光微刻在单片石英基底上制备微法布里-珀罗腔阵列，实现高 finesse 稳定性，并展示其在芯片尺度腔量子电动力学网络和精密激光稳定中的应用。
2026-04-29 physics.optics
Resonant modes in triangular dielectric cavities
讨论了具有正三角形截面的高介电常数介质棱镜的谐振光学模式。标量亥姆霍兹方程的Dirichlet边界条件，适当的传导边界的本征模解，适用于此目的。分析了这些模式中存在的特定平面波分量的全内反射行为和隐含的模式限制时，导电边界被替换为尖锐的介电失配。还讨论了通过调整纵向波矢量$k_z$来改善TIR约束。对于二维电磁解（$k_z=0$），TE偏振导致比TM偏振更长的寿命，假设在拐角处的倏逝边界波的逃逸是主要的衰减过程。
2004-08-31 physics.optics
Chi2 and chi3 harmonic generation at a critical power in inhomogeneous doubly resonant cavities
我们推导出100%的频率转换在任何双共振非线性腔，通过chi 2和chi 3非线性的二次和三次谐波产生的一般条件。我们发现，转换效率是优化的某一临界功率取决于腔参数，并假设合理的参数，我们预测100%的转换使用毫瓦或更少的功率。这些结果来自半解析耦合模理论框架，该框架是从以前的工作推广到包括chi2和chi3介质以及非均匀（全矢量）腔，在高效率极限下分析，其中下转换过程导致在临界功率下的最大效率，并通过非线性麦克斯韦方程组的直接时域有限差分（FDTD）模拟验证。根据线性腔本征模导出了非线性耦合系数的显式表达式，可用于设计和计算任意几何形状的腔。
2007-05-24 physics.optics
An inverse-designed nanophotonic interface for excitons in atomically thin materials
本研究以六方氮化硼为波导层结合光子逆向设计，构建对接二维材料的纳米光子平台，实现强激子-光子耦合与暗激子高效检测，为相关非线性光学应用铺路。
2023-08-25 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
Nonlinear harmonic generation and devices in doubly-resonant Kerr cavities
本文描述了一个在$ω$和$3ω$两个谐振腔中，通过克尔（$\chithree$）非线性产生三次谐波（$ω\to3ω$）的非线性动力学理论分析。这样的双谐振腔将有效谐波产生所需的功率大大降低了$\sim V/Q^2$的因子，其中$V$是模态体积，$Q$是寿命，并且在临界输入功率下甚至可以表现出100%的谐波转换效率。然而，我们发现，它也表现出丰富的各种非线性动力学，如多稳态解和长周期的极限环。我们描述了如何补偿自/交叉相位调制（否则移动谐振腔频率），以及如何激发不同的稳定的解决方案（特别是高效率的解决方案）通过特殊调制的输入脉冲。
2008-08-22 physics.optics
Boundary integral equation method for resonances in gradient index cavities designed by conformal transformation optics
对于由保角变换光学设计的二维梯度折射率腔，我们提出了一种边界积分方程方法，利用一个与物理空间完全等价的虚拟空间来计算谐振模函数。利用虚拟空间中均匀折射率腔内部区域的格林函数，可以得到谐振模函数及其在物理空间中的远场分布。作为验证，计算了Limaçon型变换腔的谐振模，并与有限元法得到的相同模式的模式图和远场强度分布进行了比较。
2019-09-25 physics.optics
All-dielectric resonant meta-optics goes active
全介质共振纳米光子学是一个快速发展的研究领域，其特殊的应用潜力，低损耗纳米元器件驱动。共振光子纳米结构中局部电磁场和干涉的严格限制可以增强许多光学效应，从而为光-物质相互作用的亚波长控制提供了新的机会。有源发光纳米级结构特别令人感兴趣，因为它们为新型光源和纳米激光器提供了独特的机会。在这里，我们回顾了最近出现的和快速增长的领域的有源介电共振纳米光子学的最新进展，使偶极和多极米氏型共振。更具体地说，我们讨论了如何采用介电纳米结构的共振控制发射量子点，二维过渡金属dichalcogenides，和卤化物钙钛矿。我们还预见了有源全介电共振纳米结构的各种未来研究方向和应用，包括但不限于拓扑鲁棒系统中的激光，电偶极子极限之外的光-物质相互作用，发光表面和可调谐有源元器件。
2018-10-25 physics.optics
Transverse scattering and generalized Kerker effects in all-dielectric Mie-resonant meta-optics
全介电共振纳米光子学是现代光学和纳米技术的核心，因为它具有独特的可能性来控制来自高折射率介电纳米颗粒和超颖表面的光的光的散射。介电米氏共振纳米光子学的一个重要概念与Kerker效应相关，Kerker效应驱动来自纳米天线和惠更斯超颖表面的光的单向光的散射。在这里，我们建议和实验证明一种新的效果表现在几乎完全同时抑制前向和后向散射场。这种效应由电偶极子和非共振四极子之间的Fano干涉控制，提供散射场的必要相位和振幅以实现横向散射。我们将这一概念扩展到介电超颖表面，其表现出零反射与横向散射和强场增强，用于共振光滤波、非线性效应和传感。
2019-05-21 physics.optics
Allying nanophotonic structures with two-dimensional van der Waals materials
本文综述了将二维范德华材料与纳米光子结构集成以赋予可重构性和多功能性，并探讨了性能提升、挑战及超越二维材料的未来机遇。
2023-05-12 physics.optics
Deterministic Laser Writing of Spin Defects in Nanophotonic Cavities
本研究利用纳秒脉冲激光在4H-碳化硅光子晶体腔中直接写入自旋缺陷，实现实时原位形成与表征，无需退火，为量子网络节点中腔-发射体耦合工程提供新途径。
2022-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Van der Waals Moiré Bilayer Photonic Crystal Cavity
针对莫尔光子晶体腔实现的挑战，本文利用范德华材料六方氮化硼制造出可控扭转角的莫尔双层光子晶体腔，其在可见光范围存在平带模式，为下一代片上扭曲纳米光子系统提供了关键进展。
2025-02-14 physics.optics
Relations between near-field enhancements and Purcell factors in hybrid nanostructures of plasmonic antennas and dielectric cavities
本文理论揭示了混合等离子体-介质纳米结构中近场增强与珀塞尔因子并非完全正相关，消光截面是决定珀塞尔因子的关键因素，并给出了耦合系统珀塞尔因子的预测方法与极限。
2024-01-15 physics.optics
High-efficiency triple-resonant inelastic light scattering in planar optomagnonic cavities
光磁谐振腔是近年来出现的一种新型谐振腔，可用于实现相干微波-光转换、量子存储器和器件以及下一代量子网络。设计这种腔的关键挑战是实现高效率，例如，可以用于超导量子位的有效光学接口，以及最终设计的实用性，其理想地应该是平面的并且适合于芯片上集成。在这里，一个新的时间Floquet散射矩阵的方法的基础上，我们报告的平面，多层光磁腔的设计和优化，将Ce：YIG薄膜，磁化面内，在三共振非弹性光散射制度。在实际条件下，这种架构允许约5%的转换效率，这比替代设计高出几个数量级。我们的研究结果提出了一个可行的方式来实现微波光子和光子之间的实际信息相互转换，介导的磁振子，与效率本质上大于那些在光学力学和替代相关技术，以及一个平台的基础研究的经典和量子动力学的磁性固体，和未来的量子设备的实现。
2019-05-17 physics.optics
Monolithic Barium Titanate Nanophotonics and Electro-optics
Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University（西北大学材料科学与工程系）
研究设计、制造并表征了单片一维纳米光子晶体和高Q光子晶体法布里-珀罗腔，开发优化纳米制造工艺，验证铁电畴排列，测量电光带宽，展示多种调制效应。
2026-07-07 physics.optics
Functional meta-optics and nanophotonics govern by Mie resonances
亚波长物体对电磁波的散射伴随着电和磁Mie共振的激发，这可以基本上改变散射强度和辐射图案。散射场可以分解为电多极和磁多极，磁多极定义了支撑全介质谐振超光学新领域的结构材料的磁响应。在这里，我们回顾了最近的发展，在元光学和纳米光子学，并证明了米氏共振可以发挥至关重要的作用，提供新的方法，为增强附近的许多光学效应的磁和电多极共振，以及驱动各种干涉现象，管理最近发现的新效应在纳米光子学。我们进一步讨论了全介电超光学的前沿领域，包括非线性纳米光子学，anapole纳米激光器，量子层析成像和拓扑光子学。
2017-10-24 physics.optics
Hidden Sector Photon Coupling of Resonant Cavities
许多超越标准模型的理论引入了光准光子，这是一种假设的自旋为1的场，它与光子在动力学上混合。传统上，微波腔实验通过将功率从有源驱动腔传输到无源接收腔来寻找准光子，其中两个腔由光子无法穿透的屏障隔开。我们扩展这种测量技术，占腔之间的双向耦合，并表明，准光子场的存在下，可以改变耦合腔对的谐振频率。我们提出了一个实验，利用这种效果，并使用测量腔谐振频率来约束的准光子光子-光子混合参数，chi。我们表明，这样的实验可以提高灵敏度，以chi比现有的实验的准光子质量小于谐振腔的谐振频率，并消除一些最常见的系统谐振腔实验。
2013-04-25 hep-ph physics.optics
Optical anapoles in nanophotonics and meta-optics
亚波长光子结构支持的电磁模式干涉是超光学中支持光的亚波长控制的关键概念之一。它推动了全介电米氏共振纳米光子学的整个领域，并在低损耗纳米级光学天线、超表面和元器件方面有许多应用。具体来说，电和环形偶极矩的干涉导致一个非常奇特的，低辐射的光学状态与光学anapole的概念。在这里，我们揭示了物理的多模干涉和多极相互作用的纳米结构与一个有趣的例子的光学anapole。我们回顾了最近出现的领域anapole电动力学阐明其相关性多极纳米光子学，包括直接的实验观察，表现在非线性光学，并迅速扩大应用在纳米天线，有源光子学，和超材料。
2018-10-05 physics.optics
Dynamically Reconfigurable Photonic Crystal Nanobeam Cavities
波长尺度、高Q因子的光子晶体腔已经成为光信号的芯片上操作的选择平台，其应用范围从低功率光信号处理和腔量子电动力学到生物化学传感。然而，这些应用中的许多应用受到制造公差和不能精确控制制造结构的谐振波长的限制。已经探索了用于制造后波长修整和动态波长控制的各种技术-使用例如热效应、自由载流子注入、低温气体冷凝和浸入流体中。然而，这些方法通常受到小调谐范围、高功耗或不能连续或可逆地调谐的限制。在这封信中，通过结合纳米机电系统（NEMS）和纳米光子学，我们展示了可重构的光子晶体纳米梁腔，可以连续和动态地调整使用静电力。在小于6 V的外部偏置和可忽略的稳态功耗下，调谐范围可达~10 nm。
2009-09-11 physics.optics
Optimization of conformal whispering gallery modes in limaçon-shaped transformation cavities
在用保角变换光学设计的Limaçon型梯度折射率介质腔中，跟踪了谐振模的Q因子和发射方向性在系统参数空间中的变化。对于这些腔，它们的边界形状和折射率分布确定在每种情况下，由一个选定的保角映射，这是作为一个坐标变换。通过数值计算发现，一般高Q谐振模的双向性因子与其Q因子并不成正比。对于全内反射支持的各向异性回音壁模式，获得了强双向性和高Q因子共存的最佳系统参数。
2019-01-10 physics.optics
Triply-resonant Continuous Wave Parametric Source with a Microwatt Pump
我们展示了一种纳米光子参量光源，由于耦合高Q光子晶体谐振器中的共振增强四波混频，具有创纪录的高归一化转换效率$3\times 10^6\, W^{-2}$。自发发射光子的速率达到14 MHz。
2016-02-12 physics.optics
Coupling Spin Defects in a Layered Material to Nanoscale Plasmonic Cavities
六方氮化硼中的自旋缺陷，特别是带负电荷的硼空位（VB）中心，是量子传感的新兴候选者。然而，VB缺陷的量子效率低，因此表现出弱的光致发光。在这项工作中，我们展示了一种可扩展的方法，通过耦合到等离子体间隙腔来显着增强VB-发射。等离子体腔由平坦的金表面和银立方体组成，其间放置有几层hBN薄片。采用这些等离子体腔，我们提取了两个数量级的光致发光增强与光学检测的磁共振对比度相应的2倍增强。这项工作将是关键的进展，量子传感采用二维材料，并实现纳米光子器件与自旋缺陷的六方氮化硼。
2021-08-05 physics.optics
Degenerate four-wave mixing in triply-resonant Kerr cavities
我们证明了在三阶共振非线性（克尔）腔中实现高效简并四波混频的理论条件。我们采用了一个通用的和准确的时间耦合模分析，在任意微腔中的光的相互作用表示在一组耦合系数，我们严格推导出完整的麦克斯韦方程组。使用耦合模理论，我们表明，光组成的输入信号的频率$ω_0-Δω$可以，在存在的泵浦光在$ω_0$，被转换成一个输出的频率$ω_0 + Δω$移位信号的量子限制的效率，我们推导出表达式的临界输入功率发生这种情况。我们发现，在假设非常保守的腔参数（模式体积$\sim10$立方波长和品质因数$\sim1000$），在10毫瓦的顺序的临界功率。标准的曼利-罗效率极限是从经典耦合模方程的解得到的，尽管我们也从简单的光子计数“量子”参数得到它们。最后，使用线性稳定性分析，我们证明了最大的转换效率可以保留，即使在存在的自我和交叉相位调制的影响，一般采取行动，以破坏共振条件。
2010-11-26 physics.optics
Gallium nitride L3 photonic crystal cavities with an average quality factor of 16,900 in the near infrared
在GAN自支撑光子晶体平板中制备了光子晶体点缺陷腔。腔体基于流行的L3设计，该设计使用基于遗传算法的自动化过程进行优化，以最大化品质因数。几个单独的腔复制品的光学表征导致在谐振波长λ $\sim 1.3$ μm处的平均无载品质因数Q = 16，900，最大测量Q值为22，500。品质因数和谐振波长的统计数据都很好地解释了第一性原理模拟，包括制造无序和背景光吸收。
2014-11-24 physics.optics
Engineering and Tuning of high quality hexagonal boron nitride nanophotonic resonators
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS)（变革性超光学系统卓越研究中心）
本文通过制备一维光子晶体腔和微盘谐振腔，实现了高Q值的光-物质相互作用，展示了通过原子层沉积和气体冷凝实现谐振腔模式调谐的方法，为实现六方氮化硼中的发射器-谐振腔耦合和集成量子光子电路奠定基础。
2026-04-30 physics.optics
Nanophotonic cavity based synapse for scalable photonic neural networks
神经网络的带宽和能量需求激发了人们对开发新型神经形态硬件（包括光子集成电路）的极大兴趣。虽然光波导可以容纳数百个太赫兹带宽的信道，但光子系统的信道数总是由其中的器件来检查。在基于WDM的光子神经网络中，突触（即网络互连）通常由微谐振器（MRR）实现，其中WDM信道计数（N）由MRR的自由光谱范围限定。对于典型的Si MRR，我们估计在C带内N <= 30。这不仅限制了神经网络的总吞吐量，而且使具有高输入维度的应用不可行。我们的实验表明，光子晶体纳米梁的突触可以在C波段FSR自由，消除了对信道计数的约束。这增加了数据吞吐量，并支持具有高维输入的应用程序，如自然语言处理和高分辨率图像处理。此外，与MRR相比，光子晶体纳米束腔的较小物理覆盖区提供了更高的调谐能量效率和更高的计算密度。因此，基于纳米光子腔的突触为实现高度可扩展的光子神经网络提供了一条途径。
2022-02-28 physics.optics
