Experimental probe of a complete 3D photonic band gap
真实晶体中完整的三维光子带隙的识别通常采用理论或数值模型，这些模型调用理想化的晶体结构。因此，这种方法容易出现假阳性（错误分配的间隙）或假阴性（遗漏的间隙）。因此，我们提出了一个纯粹的实验探头的三维光子带隙，属于许多不同类别的光子材料。我们研究的位置和偏振分辨反射率光谱的3D逆木堆结构，包括两个垂直的纳米孔阵列蚀刻在硅。我们观察到强烈的反射率峰值$(R > 90\%)$典型的高品质晶体与宽阻带。我们跟踪的阻带宽度与孔隙半径，这同意更好地与预测的3D光子带隙比由于所使用的大数值孔径的定向阻带隙。s-偏振与p-偏振阻带宽度的参数图与3D带隙非常一致，并且是无模型的。这种实用的探针提供了对3D光子晶体所需的先进纳米纤维的快速反馈，并刺激了3D硅纳米光子学和光子集成电路、光子学、腔QED和量子信息处理中的带隙的实际应用。
2019-09-05 physics.optics
High-frequency homogenization of zero frequency stop band photonic and phononic crystals
我们提出了一个准确的方法来表示波的物理，周期性结构，通过有效的性能更换散装介质：这是有效的，即使是零频率阻带和高频现象占主导地位的媒体。自1892年瑞利勋爵的工作以来，低频（或准静态）行为已被整齐地封装在有效的各向异性介质中。然而，这种经典的均匀化理论在高频或阻带区域中失效。高频现象在光子学（在无限传导平行纤维中传播的横向磁波）、声子学（在具有夹杂物的各向同性弹性材料中传播的反平面剪切波）和柏拉图学（在具有孔的薄弹性板中传播的弯曲波）中具有重要意义。幸运的是，最近提出的高频均匀化（HFH）理论仅受驻波知识的约束，以便渐近重建色散曲线和相关的Floquet-Bloch本征场：它能够准确地表示零频率停止能带结构。均匀化方程是具有色散各向异性均匀化张量的偏微分方程，该张量表征有效介质。我们将HFH应用于超材料，利用Bloch色散曲线的微妙特征，如Dirac-like锥，以及阻带附近的零和负群速度，以实现令人兴奋的物理现象，如隐身，透镜和内窥镜效应。这些数值模拟使用有限元和HFH的预测相比。扩展HFH周期性的超胞，使完全重建的色散曲线，通过展开技术也被引入。
2013-04-21 physics.optics
Parasitic Photon-Pair Suppression via Photonic Stop-Band Engineering
我们计算出，一个适当的修改的字段仅与一个光子对的光子可以完全抑制产生的对。从这个一般的结果，我们开发了一种方法，用于抑制不需要的光子对的产生利用光子阻带。对于频率简并光子的三阶非线性光源，我们计算了修改后的频谱（联合频谱强度），并显示出一个显着的增加，在一个标准的度量，符合偶然的比率。这些结果为光子对频率相关工程开辟了一条新的途径。
2017-03-06 physics.optics quant-ph
Reflectivity calculated for a 3D silicon photonic band gap crystal with finite support
我们数值研究了具有完全三维光子带隙的三维光子晶体的反射率，旨在解释最近的实验。本文采用有限元方法研究了具有立方类金刚石逆木堆结构的晶体。高折射率主链具有类似于硅的介电功能。我们研究的晶体厚度范围高达10个晶胞（$L \leq 10 c$）。晶体被真空包围，并且像在实验中一样具有有限的支撑。偏振分辨反射率光谱揭示了有限晶体中与驻波相关的法布里-珀罗条纹，以及具有接近$100~\%$反射率的宽阻带，即使是薄晶体。从强反射率峰推断，实验中观察到的最大反射率不受有限尺寸的限制。阻带的频率范围与光子能带结构中的阻带隙非常一致，这与无限和完美晶体有关。所观察到的阻带的频率范围几乎不随入射角而变化，这是合理的，因为阻带是3D带隙的一部分。此外，这一结果支持了先前的断言，即用大数值孔径测量的强反射峰提供了3D光子带隙的忠实签名。布拉格衰减长度$L_{B}$超过基于阻带宽度的早期估计，超出因子为$6$至$9$。因此，在实验中研究的具有$12$晶胞厚度的晶体处于厚晶体极限（$L >> L_{B}$）。在我们对p偏振波的计算中，我们还观察到了Fabry-P{é}rot条纹的零反射和布鲁斯特角的有趣的混合，这在实验中还没有观察到。
2016-09-05 physics.optics
Engineering disorder in three-dimensional photonic crystals
我们证明了在自组装三维光子晶体中引入受控无序的效果。通过使用特定浓度的电解质控制自组装过程来诱导疾病。结构表征揭示了随着电解质浓度的增加，无序度增加。测量反射率和透射率光谱，以探测不同无序度下的光子禁带。随着无序度的增加，停止间隙消失，这导致完全随机的光子纳米结构，其中漫散射强度达到100%。我们的随机光子纳米结构是独一无二的，其中所有散射体具有相同的大小和形状。我们还观察到光的多重光的散射的共振特性。
2011-09-14 physics.optics
Observation of wavelength-dependent Brewster angle shift in 3D photonic crystals
由于光子晶体表面的亚波长特性和晶体内部折射率的周期性变化，偏振光与光子晶体的相互作用具有独特的性质。在这里，我们提出了一个详细的研究与三维光子晶体与面心立方对称的光散射的偏振各向异性在一个广泛的波长和角度范围。偏振的各向异性导致在传统的布儒斯特角定义的具有一定的折射率的平面界面的移位。观察到的布儒斯特角的偏移强烈地依赖于折射率对比度和晶格常数。对具有不同折射率对比度和晶格常数的光子晶体进行了偏振相关的禁带测量。这些测量结果表明，独特的停止间隙分支在高对称点的布里渊区的光子晶体。TE极化时观察到了固有的阻隙分支，而TM极化时由于布鲁斯特效应而被抑制。我们的结果有后果的偏振光散射等离子体结构和介电元表面，也是有用的应用，如纳米级偏振分裂器和激光器。
2016-11-29 physics.optics
Metallo-Dielectric Photonic Crystals and Bandgap Blue-Shift
光子晶体结构最吸引人的方面之一是在构成材料之间具有足够高的介电对比度的结构中产生的光子带隙。了解特定的光子晶体结构及其相关的阻带位置如何选择性地干扰入射光，对于在一系列光学应用中实现这些结构化光子晶体至关重要。金属-介电光子晶体用于将金属颗粒结合到这些结构的有序排列中。我们研究了铜，镍和金金属渗透到聚苯乙烯蛋白石和二氧化钛反蛋白石。我们报道了与金属-介质光子晶体结构直接相关的一致的光学现象。在蛋白石光子晶体中出现了更明显和更多的衍射共振，金属沉积在顶层。蛋白石和反蛋白石结构的共同点是（111）光子阻带位置的蓝移，其幅度随着结构中金属含量的增加而增加。通过改变金属在光子晶体结构中的含量和位置，研究了光子阻带蓝移的原因。引入到结构化介电介质中的金属通过改变光子晶体的有效介电常数来调谐光子阻带。
2021-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fluorescence coherence with anodic aluminum oxide hybrid photonic-plasmonic structure
提出了一类具有垂直圆柱腔的光子-等离子体激元混合结构（HPPS），并研究了其利用自发发射产生相干光的性能。结果表明，所提出的易于制造和强大的阳极氧化铝结构显着提高了时间和空间的相干性相比，以前检查HPPS。基于所提出的HPPS的特殊光学性质解释了实现时间和空间相干性的物理机制，并讨论了这种结构如何使一个调整混合光子-等离子体光学模式以获得不同频率的发射器的相干性。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Band flips and bound-state transitions in leaky-mode photonic lattices
漏模光子晶格表现出复杂的共振效应，起源于准引导横向布洛赫模式。关键的光谱特性与第二（泄漏）阻带处的相位匹配模式相关联。一个带边模遭受辐射损耗，产生漏模共振，而另一个带边模成为连续谱中的束缚态（BIC）。在这里，我们提出了分析和数值计算结果的漏阻带的形成和性质。我们表明，漏模共振带边的频率，相应的BIC边缘，是由布拉格过程的叠加主要产生的前两个傅立叶谐波的空间调制。我们推导出带闭合和带翻转的条件，其中漏边和束缚态边穿过带隙。我们的工作阐明了周期性光子薄膜的基本方面，并与新兴的超材料领域具有高度的相关性。
2018-04-07 physics.optics
Mode mixing in asymmetric double trench photonic crystal waveguides
从理论和实验两方面研究了一种新型的双沟槽波导的波导特性，这种波导是在绝缘体上硅（SOI）晶片上形成的二维光子晶体（PhC）平板中嵌入传统的单模条形波导。我们表明，相对低损耗（50 dB/cm）波导的带宽显着扩大到250 nm，几乎覆盖了所有的光子带隙，由于近线性色散的TE类波导模式。然而，平坦的透射光谱被许多窄阻带打断。我们发现，这些阻带可以归因于TE类（正宇称）和TM类（负宇称）模式之间的反交叉。这种效应是波导的强不对称性的直接结果，波导具有空气的上包层和氧化物的下包层。据我们所知，这是第一次演示的影响，包层不对称的传输特性的PhC平板波导。
2003-12-18 physics.optics
Black-Box Coherence Matrix Eigen-Spectroscopy with Programmable Photonics
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）
该研究提出一种与架构无关的可编程光子电路框架，利用Schur-Horn定理实现黑箱相干矩阵本征谱分析，实验验证可重构多光源混合态本征值，揭示相干性与损耗的权衡，为片上相干分析仪提供可靠路径。
2026-08-21 physics.app-ph physics.optics
Reflectivity of Finite 3D GaAs Photonic Band Gap Crystals
研究了三维光子带隙晶体的光学反射率随厚度的变化规律。这些晶体由具有纳米棒阵列的GaAs板组成，这些纳米棒阵列通过先进的堆叠方法组装成高质量的3D木堆结构。我们观察到强烈的和广泛的反射率峰值与阻带，对应于一个宽的光子能带结构的差距。最大反射率迅速达到高值，即使是几个晶体层。值得注意的是，阻带的带宽几乎没有随着晶体厚度的增加而减小，与FDTD模拟结果吻合良好。这种行为与之前在弱相互作用的3D光子晶体中观察到的大的变化显著不同。几乎恒定的带宽和高反射率通过在强相互作用的光子带隙晶体中发生的多个布拉格干涉来合理化，由此入射光同时从多个倒易晶格矢量散射，特别是从平行于较长晶体尺寸的倾斜晶格矢量散射，因此几乎不经历任何有限尺寸效应。我们的新见解对3D光子带隙晶体的应用产生了有利的影响，特别是因为即使是薄的结构也能显示完整的带隙功能，包括保护量子比特免受真空波动影响的设备。
2020-01-17 physics.optics
Angular redistribution of near-infrared emission from quantum dots in 3D photonic crystals
我们研究了近红外线在3D光子晶体中的角分辨自发发射，波长范围从1200到1550 nm。为此，PbSe量子点被用作二氧化钛反蛋白石光子晶体内的光源。强烈偏离朗伯发射轮廓观察。由于光子阻带，从样品发射的角度相关辐射通量观察到60%的衰减。在对应于阻带边缘的角度处，发射通量增加高达34%。这种增加是由布拉格衍射光在可用的逃逸角上的重新分布来解释的。用扩展的逃逸函数模型定量地解释了这一结果。该模型是基于扩散理论，并适用于光子晶体的能带结构的计算。我们的结果是第一个角重分布和逃逸函数测量在近红外，包括电信，波长。此外，这是第一次将该模型应用于描述从样品的激发光的光学厚和相对薄的光致发光光的发射。
2009-10-29 physics.optics
Quantum coherence of spatial photonic qudits: experimental measurement and path-marker analysis
关于量子干涉、量子态之间的不相干性和叠加的讨论可以追溯到量子力学的开始，但是关于量子相干性的定量测量的理论问题直到最近才由Baumgratz等人[Phys.Rev.Lett. 113 140401（2014）]。从那时起，许多工作探索了可能的相干性措施之一，l1范数，这还没有实验获得的空间光子态在高维。本文研究了光子通过多缝制备态，实现了T。保罗和T. Qureshi [ Phys. Rev. A 95 042110（2017）]，以实验方式确定qutrit态的l1范数。我们分析了方法的有效性，并提出了一种替代的状态，其中一个假设不适用。我们还讨论了必要的要求，使用的干涉图案测量的量子相干性的qudits通过处理的测量算子，描述检测光学配置的路径标记，将它们与量子相干性的测定。
2019-10-21 physics.optics quant-ph
Coherent broadband mid-infrared supercontinuum generation in As2Se3 photonic crystal fiber
利用4.1 μ m泵浦和As 2Se 3光子晶体光纤（PCF），通过引入随机量子噪声和功率不稳定性，利用数值模拟的杨氏双缝实验，研究了2.3 ~ 8.3 μ m宽波段超连续谱的相干特性.结果表明，该MIR SC光源的相干性与As_2Se_3光子晶体光纤的输入脉冲宽度、峰值功率、功率稳定度和零色散波长密切相关，并给出了获得最大相干带宽的最佳条件.
2013-09-23 physics.optics
Control of ultrafast pulses in hydrogen-filled hollow-core photonic crystal fiber by Raman coherence
本文对充气kagomé型空芯光子晶体光纤中超短脉冲之间的拉曼相干作用进行了实验和数值研究。泵浦脉冲首先建立拉曼相干性，在以泵浦脉冲的群速度行进的气体中创建折射率光栅。改变第二探测脉冲的到达时间允许在其沿光纤传播时对其演变进行高度控制，特别是孤子自压缩和色散波（DW）发射。在所报道的实验中，DW在~300 nm处发射，其中心频率随泵浦-探测延迟振荡。结果表明，在宽带引导充气kagomé-PCF中产生的强拉曼相干性可用于控制超短探测脉冲的动力学，即使在难以进入的光谱区域，如深紫外和真空紫外。
2017-03-13 nlin.PS physics.optics
Bound States in the Continuum and Unidirectional Guided Resonances Enabled by Competing Fourier Harmonics near the Fourth Stop Band
Kongju National University（Kongju 国立大学）；Institute of Application and Fusion for Light, Kongju National University（光应用与融合研究所）
提出一种基于第一和第二傅里叶谐波双通道辐射相消的新机制，在第四禁带附近实现单向导引共振，无需面内对称性破缺或带间耦合，简化器件设计。
2026-09-02 physics.optics
Special polarization characteristic features of a three-dimensional terahertz photonic crystal semi-quantitatively evaluated by using a FEM
前期工作[1]通过实验证实了硅反金刚石结构三维太赫兹光子晶体的特殊偏振特性，其晶格点形状为空正八面体，在外观上不适用于一般的物理和光学基本规律。其中一个基本规则是，根据麦克斯韦方程，在完全反射（布拉格反射）和垂直入射的情况下，反射波的电场方向从入射波的电场方向旋转180度。一般认为，三维光子晶体在垂直入射时，在高对称点的光子带隙（阻隙、阻带）内不存在偏振各向异性。然而，实验结果证实，反射波的偏振取向相对于光子带隙内的频率处的入射波的偏振取向旋转90度。在这项工作中，测量的反射光谱[1]通过使用FEM（有限元法）与反射光谱进行比较来进行半定量评估。这些结果表明，测量的偏振各向异性不适用于麦克斯韦方程的外观，但适用于这些方程在本质上的预期。
2019-05-17 physics.optics
Dynamically twistable three-dimensional moiré photonic crystals
University of Namur（南纳慕尔大学）；Institute of Condensed Matter and Nanosciences (IMCN), Université Catholique de Louvain (UCLouvain)（天主教鲁汶大学凝聚态与纳米科学研究所）；Cenaero（塞纳罗）
该研究提出扭转可控木堆光子晶体，通过可调扭转角实现三种光子 regime 转变，建立其为三维扭转工程光子学的通用平台。
2026-08-25 physics.optics
Chip-based Brillouin lasers as spectral purifiers for photonic systems
高相干性激光器在广泛的应用中是必不可少的，然而，这种性能通常与大的激光腔相关联，因为增加能量存储降低了量子相位噪声，并且还使得激光频率对腔振动不太敏感。这种基本的缩放规则与一组新兴的光学系统不一致，这些光学系统专注于紧凑（最佳可集成）的高相干光源。这些包括使用正交幅度调制的相位相干光通信，以及基于光梳技术的记录低相位噪声微波源。在这项工作中，第一，基于芯片的布里渊激光器被证明。它具有高效率和单线运行的特点，具有任何基于芯片的激光器中最小的Schawlow-Townes频率噪声。由于激光器的发射和输入泵浦之间的频率偏移相对较小，因此该器件提供了一种新的功能：对紧凑的低相干光源（如半导体激光器）进行光谱净化。
2012-01-20 physics.optics
Special polarization characteristic features of a three-dimensional terahertz photonic crystal with a silicon inverse diamond structure
用平面波展开法计算了点阵形状为空位正八面体的硅反金刚石结构的能带结构。理论上证实了在0.4THz附近存在完整的光子带隙。一般认为，三维光子晶体在垂直入射时，在高对称点的光子带隙（阻带、阻带）中不存在偏振各向异性。然而，实验证实反射波的偏振取向不同于入射波的偏振取向，[I $(X,Y)$ ]，其中$(X,Y)$是固定在光子晶体中的坐标系。通过在平面（001）上相对旋转样品，在X点的光子带隙（0.36 $-$ 0.44 THz）附近对入射波方向[001]进行了研究。当入射波的偏振方向为I（1，1）或I（1，$-$ 1）时，反射波的偏振方向平行于入射波的偏振方向。相反，当入射波为I（1，0）或I（0，$-$ 1）时，在0.38 THz附近，前者垂直于后者。对于本文所研究的光子晶体，入射偏振矢量的分解和合成方法在表面上不能适用于反射光谱旋转的分析。
2019-03-27 physics.optics
Special polarization characteristic features of a three dimensional terahertz photonic crystal not apparently apply to physical and optical basic rules
用平面波展开法计算了晶格点形状为正八面体的硅反金刚石结构在0.4THz附近的光子带隙和X点的光子带隙（0.36 ~ 0.44THz）。一般认为，三维光子晶体在垂直入射时，在高对称点的光子带隙（阻带、阻带）中不存在偏振各向异性。然而，实验结果证实，反射波的偏振方向（电场方向）不同于方向为[001]的入射波的偏振方向。入射波的偏振取向平行于光子晶体的表面（001），并且它被设置在定义为$θ$ $^\circ$（度）的取向上。角度$θ$为0 $^\circ$至90 $^\circ$/15 $^\circ$。样品在平面（001）内而不是入射波内相对旋转。当$θ$ = 0 $^\circ$和90 $^\circ$时，在0.42 THz附近，反射波的偏振方向与入射波的偏振方向平行，而当$θ$ = 45 $^\circ$时，反射波的偏振方向与入射波的偏振方向垂直。对于中间$θ$，前者是中间取向。就本工作中的光子晶体而言，这些现象在外观上并不适用于物理和光学的基本规律。
2019-04-04 physics.optics
Spontaneous coherence in spatially extended photonic systems: Non-Equilibrium Bose-Einstein condensation
本文跨学科综述了光子系统中玻色-爱因斯坦凝聚现象，涵盖激光器、光子凝聚体、激子、极化激元等系统，重点突出非平衡驱动-耗散性质导致的普适相干现象，并展望了未来应用前景。
2021-06-21 cond-mat.quant-gas physics.optics
Signature of a three-dimensional photonic band gap observed on silicon inverse woodpile photonic crystals
研究了CMOS兼容的三维硅反木堆光子晶体在近红外波段的反射率。偏振分辨反射率光谱从两个正交的晶体表面对应于1.88 π sr立体角。光谱揭示了具有高达67%的高反射率的宽峰，其与晶体上的空间位置无关。所有方向和偏振的光谱重叠的反射率峰形成了相对带宽高达16%的宽光子带隙的签名。这个签名支持与阻隙在平面波能带结构计算和预期的带隙的频率区域。
2011-05-20 physics.optics
Multi-channel swept source optical coherence tomography concept based on photonic integrated circuits
本文提出了一种基于光子集成电路的多通道扫频光源光学相干层析成像系统。该概念的核心是低损耗偏振相关路径路由方法，与先前示出的基于PIC的OCT系统相比，该方法允许更低的过量损耗，从而促进测量单元的并行化。作为低损耗路径路由的概念证明，实现了在840 nm处操作的基于氮化硅PIC的单通道扫频源OCT系统，并用于获取人视网膜的体内断层图像。PIC的制造是通过CMOS兼容的等离子体增强化学气相沉积完成的，以允许未来与光电二极管和读出电子器件的单片共集成。使用所实现的光子构建块的结果的性能分析示出了与具有相同信噪比的理想无损单通道系统相比，多通道系统的采集速度的潜在十倍增加。
2020-10-15 physics.app-ph physics.optics
Photonic band-gap engineering for volume plasmon polaritons in multiscale multilayer hyperbolic metamaterials
本文从理论上研究了大波矢波（体等离子体激元）在具有两层结构的多层双曲型超材料中的传播。我们表明，当一个亚波长的金属-电介质多层（“子结构”）的参数调制（“超结构”）在一个更大的波长尺度上，所产生的多尺度双曲型超材料中的体等离子体激元的传播受到光子带隙现象。通过改变超结构的几何形状，可以对这种等离子体激元进行很大程度的控制。当这种几何形状是周期性的时，由于布拉格反射而在体等离子体带内形成阻带。当在另外的周期性超结构中引入腔层时，法布里-珀罗性质的共振峰存在于阻带内。更复杂的上部结构的几何形状也被认为是。例如，分形Cantor类多尺度超材料被发现在体积等离子体带中表现出特征性的自相似光谱特征。多尺度双曲型超材料被证明是一个有前途的平台，大波矢体等离子体波，无论是被认为是作为一种新的信息载体或远场亚波长成像。
2014-04-17 physics.optics
Optical bistability in one dimensional doped photonic crystals with spontaneously generated coherence
研究了中心层掺杂$Λ$型三能级原子的多层一维光子晶体中的光学双稳态。我们考虑到自发产生的相干性的影响时，较低的原子能级是足够接近彼此，在这种情况下，克尔型的非线性响应的原子被增强。用数值非线性传输矩阵方法计算了探测光在缺陷模窗口中的传输。我们发现，作用在缺陷层上的控制场的拉比频率和探测场与原子共振的失谐量可以用来控制磁滞回线的大小和对比度以及光学双稳的阈值。特别是，我们发现，在最佳的自发产生的相干性，三个数量级的阈值可以实现相对于没有相干性的情况下。
2013-09-08 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Photonic force optical coherence elastography for three-dimensional mechanical microscopy
光镊是非接触捕获和微操作的宝贵工具，但它们促进用于机械生物学研究的生物样品的高通量体积微流变学的能力受到与单个珠振荡的激发和检测相关的精确对准的限制。相比之下，来自低数值孔径光束的辐射压力可以在扩展的深度范围上施加横向局部力。我们提出了光子力光学相干弹性成像（PF-OCE），利用相敏干涉检测跟踪亚纳米振荡的珠，嵌入在粘弹性水凝胶，诱导调制辐射压力。由于由超低辐射压力引起的位移通常被吸收介导的热效应所掩盖，因此在独立测量和水凝胶的光热响应解耦之后，分离出珠的机械响应。通过PF-OCE对具有不同琼脂糖浓度的水凝胶中的珠机械响应的体积成像与通过剪切流变仪对水凝胶的本体机械表征一致。
2017-12-21 physics.ins-det physics.optics
High-coherence parallelization in integrated photonics
本研究提出一种高相干性并行化策略，通过自注入锁定微梳注入锁定分布反馈激光器阵列，在芯片上实现高功率、低线宽的多相干信道，大幅降低DSP功耗，为高性能集成相干光子系统提供新路径。
2023-12-14 physics.app-ph physics.optics
Visible Spectral-Domain Optical Coherence Tomography for Photonic Integrated Circuits Characterization
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出一种基于可见光谱域光学相干断层扫描的方法，用于高分辨率非破坏性检测可见光子集成电路的回波反射，实现了单端口接入下的高灵敏度成像。
2026-03-25 physics.app-ph physics.optics
Coherent Cerenkov radiation and laser oscillation in a photonic crystal
我们证明了当注入一束自由电子时，光子晶体可以用来产生强大的和高度相干的激光辐射。通过理论研究，我们提出了这种激光器的启动动力学和相干特性，在这种激光器中，增益是通过匹配光子晶体中的光学相速度的电子束的速度。
2016-10-26 physics.optics
All-optical octave-broad ultrafast switching of Si woodpile photonic band gap crystals
我们提出了超快全光开关测量的硅木堆光子带隙晶体。晶体在空间上被均匀地激发，并通过测量作为时间函数的频率（包括电信范围）上的倍频程的反射率来探测。在300 fs之后，由于光激发的自由载流子，完整的阻带已经偏移到更高的频率。切换状态以18 ps的时间常数快速弛豫。本文对有限长光子晶体的光谱开关进行了定量的理论分析。折射率的诱导变化很好地描述了一个德鲁德模型与载流子弛豫时间为10 fs。简要讨论了光子晶体腔高重复频率开关的可能应用。
2007-12-13 physics.optics
Towards high-power, high-coherence, integrated photonic mmWave platform with microcavity solitons
毫米波（mmWave）技术由于其在无线通信、雷达和光谱学中的广泛应用而继续引起极大的兴趣。与纯电子解决方案相比，基于光子的毫米波产生提供了宽带宽、低功耗和通过低损耗光纤进行远程传输。然而，在高频下，光子系统存在两个主要挑战：光电二极管的功率滚降和直接来自激光器的大信号线宽。在这里，我们展示了一种新的光子毫米波平台，它将集成微谐振器孤子和高速光电二极管相结合，以解决功率和相干性方面的挑战。被固有地锁模的孤子被测量为通过毫米波拍音之间的相长干涉提供5.8dB的附加增益，并且绝对毫米波功率接近100GHz处的传统外差检测的理论极限。在我们的自由运行系统中，孤子能够将毫米波线宽从泵浦激光器的线宽减小两个数量级。我们的工作利用微谐振器孤子和高速改进的单向行进载波光电二极管，为毫米波应用提供了一条可行的芯片级高功率，低噪声，高频源。
2020-09-24 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Millisecond optical coherence and strong collective coupling in an integrated telecom rare-earth photonic platform
Centre for Quantum Technologies（量子技术中心）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究将相干性优化的Er³⁺:CaWO₄晶体无粘合剂键合到电光可调薄膜铌酸锂微环谐振器，实现了电信波长下的强集体耦合、毫秒级相干性与原位光谱调谐，为可扩展电信量子网络提供了异质集成方案。
2026-08-11 physics.optics quant-ph
Soliton microcomb based spectral domain optical coherence tomography
谱域光学相干断层扫描（SD-OCT）是一种广泛使用的微创生物医学成像技术[1]。SD-OCT通常依赖于超辐射发光二极管（SLD）的使用，其提供低噪声和宽带光谱。基于光子集成微谐振器中孤子形成的光子芯片级频率梳[2，3]的最新进展为SD-OCT提供了一种芯片级替代照明方案。在这里，我们探讨使用孤子微梳在光谱域OCT和显示，通过使用光子芯片级Si 3 N4谐振器与1300 nm泵浦激光器，光谱带宽超过商业SLD是可能的。我们证明了微谐振器中的孤子态呈现出约为0.05的本底噪声。在相同功率下，比SLD低3 dB，但在毫瓦级功率下，噪声性能显著降低。我们使用孤子微梳对离体固定的小鼠脑组织进行SD-OCT成像，并与SLD进行比较，并证明了基于孤子的SD-OCT的原理可行性。重要的是，我们证明了所有孤子梳齿的经典振幅噪声是相关的，即共模，与SLD或非相干微梳状态相反[4]，这在理论上应该提高图像质量。此外，由于孤子状态的高相干性和时间周期性，我们证明了圆形测距的潜力，即光学子采样[5，6]。综上所述，我们的工作表明孤子微梳的SD-OCT有前途的性能。
2020-03-19 physics.optics
Suppression of coherence collapse in semiconductor Fano lasers
我们表明，半导体法诺激光器强烈抑制动态不稳定性引起的外部光反馈。与传统的法布里-珀罗激光器相比，反馈稳定性提高了几个数量级，在许多情况下甚至完全抑制了相干崩溃，这对集成光子学的应用至关重要。本文用推广的Lang-Kobayashi模型分析了有外反馈的半导体激光器的激光动力学，导出了临界反馈能级的解析表达式。
2019-11-06 physics.optics
Single photon emission and single spin coherence of a nitrogen vacancy centre encapsulated in silicon nitride
本文证明富氮氮化硅可作为量子光子学平台，因为封装其中的纳米金刚石氮空位中心仍保持单光子发射和自旋相干性，从而为固态发射体集成光子电路提供新路径。
2025-05-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Microwave Photonic Ising Machine
基于模拟系统的伊辛机在求解普遍存在的组合优化问题中具有加速的潜力。虽然已经报道了一些支持大规模伊辛机的人造自旋，例如量子退火器中的超导量子比特和相干伊辛机中的短光脉冲，但由于超低的等效温度或光学相位灵敏度，自旋相干性是脆弱的。在本文中，我们提出了使用短的微波脉冲产生的光电参量振荡器作为自旋实现大规模的伊辛机，也在室温下的高相干。所提出的机器支持10，000次旋转，并且高相干性导致精确计算。此外，Ising机与高速电子设备高度兼容，具有可编程性，为解决现实世界的优化问题铺平了低成本，准确且易于实现的道路。
2020-09-19 physics.app-ph physics.optics
Metasurfaces with bound states in the continuum enabled by eliminating first Fourier harmonic component in lattice parameters
传统的光子晶格，如超材料和光子晶体，表现出各种有趣的物理特性，这归因于晶格参数的周期性调制。在这项研究中，我们介绍了新类型的光子晶格，即傅立叶组件工程超颖表面，不具有晶格参数中的第一傅立叶谐波分量。我们证明，这些超颖表面支持连续的高$Q$第二阻带附近的束缚态。周期调制中的工程傅里叶谐波分量的概念为在人工周期结构中操纵电磁波提供了一种新的方法。
2021-04-05 physics.optics
Operando Photonic Band Gap Probe of Battery Electrode Materials
提出一种基于光子晶体结构电极的工况光谱方法，利用光子带隙光学响应实时监测锂离子电池TiO2负极在锂化过程中的结构和状态变化，为电极材料研究提供通用分析手段。
2023-06-29 physics.app-ph physics.optics
Predicted photonic band gaps in diamond-lattice crystals built from silicon truncated tetrahedrons
最近，发现了一种制备四面体硅颗粒的硅微加工方法。在这份报告中，我们确定，使用能带结构计算，金刚石晶格光子晶体的光学性质时，组装从这样的颗粒。我们表明，从硅四面体构建的晶体结构预计将显示小的停止间隙。当使用截顶四面体粒子构建光子晶体时，出现了宽的光子带隙。与截断四面体颗粒的带隙宽度为23.6%，可以实现，这是两倍以上的宽度相比，在自组装金刚石晶格的硬球的带隙。带隙的宽度对与最佳截断量的小偏差不敏感。这项工作铺平了道路，一类新的硅金刚石晶格带隙晶体，可以通过自组装获得。这种自组装方法将允许在现有的硅微流体和电子系统中容易地集成这些高度光子晶体。
2011-08-25 physics.optics
Quantum Coherence of Rare-Earth Ions in Heterogeneous Photonic Interfaces
The University of Iowa（爱荷华大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本研究通过分析Er$^{3+}$离子在异质界面的量子相干性，揭示了应变和噪声对晶体场能级的影响，为混合量子系统的精确控制提供了理论支持。
2025-11-24 physics.optics quant-ph
SmartCut Er:LiNbO3 with high optical coherence enabling optical thickness control
能够结合具有高光学相干性的稀土离子的集成光子学对于实现高效量子换能器、紧凑量子存储器和混合量子系统是期望的。本文描述了一种基于SmartCut掺铒锂离子薄膜的光子学平台，并在稀释制冷机中研究了其在电信波长处的稳定光跃迁。在光脊波导和环形谐振腔中，获得了高达180 μ $μ$ s的光学相干时间，可与体晶体相媲美。有了这个集成平台，我们展示了可调谐的光离子相互作用和灵活的控制光学厚度，通过利用长波导，其长度在原则上是可变的。这种使用低浓度离子获得高光密度的独特能力进一步导致在厘米长的波导中观察到多回波脉冲串。我们的研究结果为稀土离子的量子信息处理提供了一个很有前途的光子平台。
2022-06-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Broad-band coherent backscattering spectroscopy of the interplay between order and disorder in 3D opal photonic crystals
利用宽带技术研究了光在光子晶体上的多次相干后向散射。通过同时访问大的频率和角度范围，结果显着扩展了以前的后向散射测量光子晶体。利用随机介质的扩散理论成功地模拟了光阑间隙周围的后向散射锥。在阻带附近观察到明显的平均自由程和锥形增强的强烈变化。平均自由程的变化由一个半经验的三间隙模型描述，包括能带结构的内反射和穿透深度的影响。理论和实验之间有很好的匹配，而不需要额外的贡献的群速度或态密度。我们认为，锥增强揭示了额外的信息，否则平均在漫多次散射的定向输运性质。
2011-02-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Photon correlation measurements of stochastic limit cycles emerging from high-$Q$ nonlinear silicon photonic crystal microcavities
我们在受驱动的非线性高$Q$硅（Si）光子晶体（PhC）微腔中进行了光子相关[ $g^{(2)}(τ)$ ]的测量.当输入泵浦功率超过临界值时，测量的$g^{(2)}(τ)$表现出阻尼振荡行为。从实验和模拟之间的比较，我们的属性测量振荡的$g^{(2)}(τ)$的自脉冲（极限环）出现的光子，载流子和热动力学之间的相互作用。也就是说，$g^{(2)}(τ)$的振荡频率对应于极限环的振荡周期，而其有限的相干（阻尼）时间源于极限环的随机性质。从相位约化理论的观点出发，我们将测量到的$g^{(2)}(τ)$的相干时间解释为极限环广义相位的相干（扩散）时间。此外，我们表明，在激光输入功率的增加增强的相干时间的$g^{(2)}(τ)$的微秒的顺序，这可能是一个随机极限环通过泵浦的稳定性的演示。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall nlin.AO physics.optics
Photon propagation in a discrete fiber network: An interplay of coherence and losses
我们研究了在离散环境中逐步演化的光子系统中的光传播。它类似于光子波导阵列或量子漫步的离散时间版本。通过在我们的实验装置中引入受控光子损失，我们观察到了意想不到的效果，如亚指数能量衰减和复杂分形图案的形成。这表明，在经典和量子光学实验中，线性损耗、离散性和能量梯度的相互作用导致了真正新的相干现象。此外，退相干的影响进行了研究。
2011-10-27 physics.optics quant-ph
Synthetic photonic lattice for single-shot reconstruction of frequency combs
我们制定理论和实验证明了一个全光学的方法重建的振幅，相位和相干的频率梳从单次测量的光谱强度。我们的方法利用合成频率晶格与泵浦诱导的光谱之间的短距离和长距离的耦合在一个单一的非线性光纤的宽带宽的数百GHz的不同信号分量。当与超快信号转换技术相结合时，这种方法有可能提供实时测量奇异光源的光谱相位和相干特性的脉冲到脉冲变化。
2020-02-21 nlin.PS physics.optics
Architecture-agnostic analysis of partially coherent light with programmable photonics
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）
研究如何精确表征辐射场空间相干度，提出与架构无关的方法，利用舒尔 - 霍恩定理对角化输出相干矩阵，通过输出功率测量提取特征值，经数值验证有效且对损耗和偏差有弹性，为空间相干分析仪发展铺路。
2026-07-28 math-ph math.MP physics.optics
Tunable band-notched line-defect waveguide in a surface-wave photonic crystal
提出并实验研究了一种由直线缺陷波导和侧面耦合缺陷腔组成的可调谐表面波光子晶体线缺陷波导。在宽带透射谱中可以观察到一个可调谐的窄阻带。我们还证明了通过改变侧面耦合缺陷腔的总数和柱高度可以方便地调节带陷线缺陷波导的滤波电平和滤波频率。带陷波函数是基于这样的想法，即具有侧耦合缺陷腔的谐振频率的传播表面模式将紧密地定位在缺陷位置周围，从波导输出中过滤。在微波频率下进行了透射光谱测量和直接近场轮廓成像，以验证我们的想法和设计。这些结果可以使新的带陷器件的设计和可调谐表面波滤波器的实现在一个单一的金属表面提供路线。
2016-06-24 physics.optics
Photonic Crystal Spatial Filters Fabricated by Femtosecond Pulsed Bessel Beam
我们提出并实验证明飞秒激光直接写入贝塞尔光束的光子晶体的空间滤波功能的制造。这样的过滤器是机械稳定的，小（毫米级）的大小，不需要直接访问远场域，因此，在小型和微型激光器的腔内空间滤波应用的优秀候选人。该技术允许在玻璃中制造有效的光子晶体空间滤波器，其具有在宽角度（高达10度）的近0%透射角阻带之间的近100%透射的窄角度（~1度）通带。我们发现，这种技术不仅可以显着缩短制作时间，而且还允许制作大规模的无缺陷光子晶体空间滤波器具有较宽的滤波带。
2019-08-07 physics.app-ph physics.optics
Photon-photon correlation of condensed light in a microcavity
针对光子玻色-爱因斯坦凝聚体时间相干性研究的难点，本研究利用微观多模模型与量子回归定理推导关联函数运动方程解析表达式，得到光子模式相干时间并发现其与微腔截止频率的非单调依赖关系。
2023-10-25 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
From Bound States to Quantum Spin Models: Chiral Coherent Dynamics in Topological Photonic Rings
Institute of Materials Science, Kiel University（基尔大学材料科学研究所）；Kiel Nano, Surface and Interface Science KiNSIS, Christian Albrechts University（克里斯蒂安·阿尔布莱希特大学基尔纳米、表面与界面科学KiNSIS）
本研究通过拓扑光子环与量子发射体的耦合，揭示了拓扑保护的手性量子动力学，实现了多体自旋现象和远场相干发射。
2025-07-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Biomimetic random lasers with tunable spatial and temporal coherence
生物学激发的光子结构是技术进步和小型化激光器的关键。在这里，随机激光染料掺杂的二氧化钛与无序结构的纸提出。尖锐的电磁共振与意想不到的广泛的空间扩展的报告。这些模式在宽的长度尺度上相互作用和竞争，从而能够通过作用于泵送来精确地控制设备性能。
2022-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hertz-linewidth and frequency-agile photonic integrated extended-DBR lasers
本文提出基于RSOA与超低损耗Si3N4平台上可调谐扩展DBR及压电执行器的频率捷变集成激光器，结合螺旋谐振器自注入锁定实现赫兹级线宽，兼具高速调谐、高功率和小尺寸，满足FMCW激光雷达等应用需求。
2023-07-10 physics.app-ph physics.optics
