Molecule-induced surface second-order nonlinearity in an inversion symmetric microcavity
针对反演对称材料二阶非线性响应缺失的问题，提出分子诱导表面二阶非线性方法，在功能化二氧化硅微腔中实现创纪录二次谐波效率，推导相关方程并可推广至其他材料平台。
2024-05-21 physics.app-ph physics.optics
Thermal lensing-induced soliton molecules in beta-phase Gallium Oxide
近年来，由于β-氧化镓（β- \ce{Ga2O3}）在太阳能技术的光电子学和光子学中的应用，特别是在盲紫外光电探测器太阳能电池（SBUV）设计中的巨大潜力，β-氧化镓（β- \ce{Ga2O3}）已经成为研究最多的氧化镓多晶型物的同晶型物。为了优化其在这些应用中的使用，并确定可能的新功能，其基本属性的知识是相关的。在这方面，我们对β- \ce{Ga2O3}的光学、热学和电学性质进行了实验研究，为具有克尔非线性的宽带无机透明半导体提供了证据。在SBUV传感实验中探测到的材料的热光特性突出了相当大的热扩散，其特征在于沿光束路径的温度梯度，光束位置的二次曲线，并促进折射率随温度的变化。实验观察到的克尔非线性与热致双折射一起，毫不含糊地指向一个可能的孤子分子的形成过程中的高强度场在β- \ce{Ga2O3}的传播。为了把这个猜想上一个坚实的地面，我们提出了一个理论分析，在1+1空间维度的立方非线性薛定谔方程的基础上，其中热透镜创建一个有效的潜在的二次光束位置的坐标。利用非等谱逆散射变换方法，得到了传输方程的精确单孤子解。这种解决方案的特点是纠缠脉冲形成孤子分子的束缚态，其中脉冲或多或少地纠缠取决于系统的特征参数。
2021-09-16 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Beyond Silica Assumptions: Optical Network Design in the Hollow-Core Era
Ottawa Research Center, Huawei Technologies Canada（华为加拿大有限公司渥太华研究中心）
针对空芯光纤时代光网络设计，通过回顾物理层等层面影响，提出其持久优势或源于跨层协同设计而非直接替代，并概述确定优势可实现之处所需的研究和实验。
2026-07-09 physics.optics
Integrated Gallium Nitride Nonlinear Photonics
氮化镓（GAN）作为一种宽带隙材料，在固态照明中得到了广泛的应用。由于其高非线性和高折射率对比度，绝缘体上氮化镓（GaNOI）也是一个有前途的平台，为非线性光学应用。尽管GaN具有令人感兴趣的光学特性，但由于GAN波导相对较高的光损耗（2 dB/cm），很少研究GAN的非线性应用。在这封信中，我们报告的GaNOI微谐振器的固有品质因数超过200万，相应的光损耗为0.26 dB/cm。实验测得GAN的参量振荡阈值功率低至8.8mW，在通信波段的非线性系数为n2 = 1.2 × 10 - 18 m2 W-1，与硅相当。采用辅助激光泵浦的方法在GAN中产生单孤子，以减小GAN中的高热折射效应。大的固有非线性折射率，加上其宽带透明窗口和高折射率对比度，使GaNOI成为芯片级非线性应用的最平衡平台。
2020-10-30 physics.app-ph physics.optics
Gallium arsenide whispering gallery mode resonators for terahertz photonics
本文提出一种砷化镓圆盘回音壁模式谐振器，通过单点金刚石车削制造，在太赫兹频段实现高Q值，并演示金属诱导的蓝移，可用于太赫兹非线性光学与集成光子平台。
2023-06-20 physics.app-ph physics.optics
1 Low power continuous-wave nonlinear optics in silica glass integrated waveguide structures
光子集成电路（PIC）是未来电信网络的关键组件[1]，其中必须满足更大带宽，网络灵活性，低能耗和成本的需求。对所有光学元件的追求自然针对具有极大非线性的材料，包括硫族化物玻璃（ChG）[2]和半导体，如硅[3]和AlGaAs [4]。然而，诸如ChG的不成熟制造技术以及半导体的高线性和非线性损耗等问题促使人们寻找其他材料。在这里，我们提出的第一个示范非线性光学集成硅基玻璃波导使用连续波（CW）光。我们证明了四波混频（FWM），在1550 nm波长处具有低（7 mW）CW泵浦功率，在高折射率掺杂石英玻璃环形谐振器中能够在光子电信网络中作为线性滤波器执行[5]。高可靠性，设计的灵活性，和我们的设备的可制造性提出了一个新的平台，为未来的低成本非线性全光学PIC的可能性。
2021-02-27 physics.optics
Gallium phosphide on insulator for nanophotonics and quantum technologies
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Max Planck School of Photonics（马克斯·普朗克光子学校）；Helmholtz-Institut Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（达姆施塔特重离子研究中心）；Laser Physics Centre, Research School of Physics, Australian National University（澳大利亚国立大学物理研究学院激光物理中心）
本研究采用离子切片工艺制备绝缘体上磷化镓衬底，经优化工艺获得高性能磷化镓薄膜，为纳米光子学与量子技术提供了新型材料平台。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A scalable gallium-phosphide-on-diamond spin-photon interface
University of Washington（华盛顿大学）；Humboldt-Universitat zu Berlin（柏林洪堡大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
该研究展示了在可扩展平面平台上实现高合作度的磷化镓-钻石自旋-光子接口，通过强耦合SiV中心和GaP的非线性特性，为量子网络应用提供新方案。
2026-01-08 physics.optics quant-ph
Strong field confinement in air and enhanced optical Kerr nonlinearity of high-index star-shaped pore membrane metasurfaces
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院远东分校自动化与控制过程研究所）
研究以GaP为模型，设计星形孔膜超表面，利用其强场限域特性使空气区电能密度提升7倍，非线性折射率增强三个数量级，为非线性光学提供新平台。
2026-10-15 physics.app-ph physics.optics
Why compensating fibre nonlinearity will never meet capacity demands
目前的研究工作集中在克服由于光纤非线性引起的失真而导致的单模光纤中的通信的明显限制。它已被实验证明，这种克尔非线性极限是不是一个基本的限制，因此，它是适当的审查的基本限制光通信的谎言，并在此基础上指导未来的研究。本文详细介绍了最近提出的结果。本文的工作简要回顾了标准单模光纤（SMF）上的光通信的固有限制，并表明石英光纤功率处理和收发器设计的经验限制都引入了一个实际的上限使用SMF的通信容量，在1 Pbit/s的顺序。超过1 Pbit/s的传输速率被证明是可能的，然而，利用目前可用的光纤，通过简单地增加光功率来传输超过该速率的尝试将导致容量的渐进零分数增加。
2015-12-10 cs.IT math.IT physics.optics
Optical Kerr nonlinearity enhancement in high-index metasurfaces via Mie void lattices
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院远东分院自动化与控制过程研究所）
研究高折射率超表面光学克尔非线性增强，以GaP为模型材料用FDTD模拟，提取空心球等空穴有效非线性折射率，发现孤立空穴共振增强适度，紧密间隔空穴间模式响应更强，开放腔几何结构对混合系统有优势。
2026-07-14 physics.app-ph physics.optics
Optical Poling Reveals Hidden Molecular Restructuring in Multimode Fibers, Unlocking Ultra-Efficient Third-Order Nonlinearities
Université de Limoges（利摩日大学）；SOLEIL Synchrotron（索雷尔同步辐射中心）；University of Santiago de Compostela（圣地亚哥-德孔波斯特拉大学）
本文通过实验发现光极化诱导大芯径渐变折射率多模光纤中的二氧化硅四面体环网络发生分子重构，将大环转化为小环，主导了三阶非线性过程的增强，并实现了创纪录的效率提升。
2026-06-05 physics.optics
Photonic chip-based continuous-travelling-wave parametric amplifier
放大光信号的能力在整个科学和技术中具有至关重要的意义。光放大器的发展已经彻底改变了光通信，其如今普遍用于相干激光源的几乎所有传感和通信应用中。在电信频带中，光放大器通常利用基于III-V族半导体或稀土掺杂光纤的增益介质。放大光信号的另一种方式是通过参数过程利用光纤或波导的克尔非线性。这种行进连续波的参量放大器最初是在微波领域中开发的，并且能够实现具有高峰值增益的量子限制信号放大、经由色散控制定制的宽带增益谱以及能够实现相敏放大的能力。尽管有这些优点，但由于低克尔非线性，基于参量增益的光放大器在石英光纤中已被证明是不切实际的。光子集成电路的最新进展使人们对参量放大器重新产生了兴趣，这是由于各种集成平台中的非线性显著增加。然而，尽管取得了重大进展，但基于光子芯片的连续波泵浦参量放大器迄今仍遥不可及。在这里，我们展示了一个基于芯片的行波光参量放大器的净信号增益在连续波制度。使用超低损耗，色散工程，米长，氮化硅光子集成电路，紧密盘绕在光子芯片上，我们实现了12 dB的连续参数增益，超过了片上光传播损耗和光纤-芯片-光纤耦合损耗在光学C波段。
2021-07-20 physics.optics
Enhancing the third-order optical nonlinear performance in CMOS devices with integrated 2D graphene oxide films
我们报告了通过使用分层的二维（2D）氧化石墨烯（GO）膜在互补金属氧化物半导体兼容的光子平台中增强的非线性光学。我们将GO薄膜与绝缘体上硅纳米线（SOI）、高折射率掺杂石英玻璃（Hydex）和氮化硅（SiN）波导以及环形谐振器集成，以展示增强的光学非线性，包括克尔非线性和四波混频（FWM）。使用大面积、无转移、逐层方法集成GO膜，同时通过光刻控制膜放置和尺寸。在SOI纳米线中，我们观察到由于高度非线性的GO膜，克尔非线性和非线性品质因数（FOM）的显着增强。自相位调制（SPM）的测量结果表明，显着的光谱增宽增强SOI纳米线涂有图案化的膜的GO。层数和脉冲能量的依赖性的GO克尔非线性显示的趋势，从二维的层状GO膜的准体行为。GO涂覆的SOI纳米线的非线性参数增加了16倍，非线性FOM增加了20倍以上，FOM大于5。我们还观察到与2D分层GO膜集成的SiN波导中的改进的FWM效率。对具有不同数量的GO层和不同泵浦功率的样品进行FWM测量，对于具有1层GO的均匀涂覆的器件实现高达7.3dB的转换效率（CE）增强，对于具有5层GO的图案化器件实现高达9.1dB的转换效率（CE）增强。这些结果揭示了GO膜改善硅、Hydex和SiN光子器件的非线性光学的强大潜力。
2021-06-21 physics.app-ph physics.optics
Stimulated optomechanical excitation of surface acoustic waves in a microdevice
声与光之间的受激布里渊相互作用是所有非晶态和晶态介质中最强的非线性光学效应，在光纤和块状材料中得到了广泛的研究，但在光学微谐振器中却鲜有研究。实验扩展这一原则的可能性，激发在光子微系统中的机械共振，传感和频率参考应用，仍然在很大程度上未被探索。挑战在于，微谐振器固有地具有大的自由光谱范围，而布里渊过程的相位匹配考虑需要附近频率的光学模式，但具有不同的波矢。我们依赖于高阶横向光学模式来放宽这一限制。在这里，我们报告的实验激发的机械共振范围从49至1400兆赫，通过使用前向布里渊散射。这些自然的机械共振在~100 μ m的二氧化硅微球中被激发，并且是表面声学回音壁类型。
2011-09-12 physics.optics quant-ph
An ultra-broadband photonic-chip-based traveling-wave parametric amplifier
本研究采用低损耗二氧化硅上磷化镓光子集成电路，突破带宽与损耗的权衡难题，实现了超宽带高增益的连续波光放大，为光通信等领域提供新方案。
2024-11-01 physics.app-ph physics.optics
Dual-Core Optical Fibers for Efficient Mid-Infrared Generation via Third Order Frequency Mixing and Coupling-Length Phase Matching
本研究设计基于耦合长度相位匹配的双芯光纤，利用三阶非线性实现宽频可调的频率下转换，推导强度相关相位修正，提出抗相位调制、量子产率100%的结构，并给出中红外产生的光纤设计实例。
2024-05-17 physics.optics
Toward Compact Fiber In-line Nonlinear Devices via Highly Efficient Nanophotonic Cavity Interface
Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）
本研究通过全光纤集成GaN基h-CBG腔实现共振增强SHG，显著提升信号强度，确立了将光学非线性纳入光纤光子系统的紧凑型可扩展方案。
2026-08-04 physics.optics quant-ph
In-fiber second-harmonic generation with embedded two-dimensional materials
硅基光纤是非线性光学的主力。它们已被用来证明非线性现象，如孤子和自相位调制。自从光子晶体光纤问世以来，人们发现了许多令人兴奋的应用，如超连续白光光源和三次谐波产生等。它们的突出之处在于它们的低损耗、大的相互作用长度以及设计其色散特性的能力，这补偿了小的χ（3）非线性系数。然而，它们有一个基本的限制：由于二氧化硅的无定形性质，它们不表现出二阶非线性，除了表面的微小贡献。在这里，我们展示了显着的二次谐波产生功能化的光纤与单层的高度非线性的二硫化钼沉积在光纤引导芯。该演示在3.5 mm短的暴露芯纤维中进行，该暴露芯纤维在基于CVD的可扩展工艺中官能化，而没有手动转移步骤。这种方法是可扩展的，并且可以推广到其他过渡金属二硫属化物和其他波导系统。我们实现了超过1000倍的增强超过一个参考样本的相等长度。我们简单的原理验证演示不依赖于与基本模式的相位匹配，也不依赖于单层晶体的有序生长，这表明进一步改进的途径是可以实现的。我们的研究结果不仅展示了一条通往高效光纤SHG源的新途径，相反，它们建立了一个平台，为基于chi（2）的非线性纤维光学，光电子学和光子学平台，集成光学架构和有源光纤网络提供了一条新途径。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Four-wave mixing and enhanced analogue Hawking effect in a nonlinear optical waveguide
本文详细研究了光在波导中传播的孤子上的光的散射。当不采用旋波近似时，我们证明了控制微扰的线性化波动方程与控制原子玻色凝聚体中声子传播的线性化波动方程具有相同的结构。通过考虑到充分的色散关系，然后我们表明，编码的光子对的生产的散射系数被放大的共振效应相关的调制不稳定性发生在一个连续波的存在。当使用一个现实的例子，氮化硅波导的二氧化硅基板上，我们发现，持续时间为10 fs的孤子会自发地发射约一个光子对每厘米，它的旅行，这使得效果很容易观察。这一结果证实了数值求解方程编码的克尔非线性和管理的演变的全场（孤子加微扰）。我们讨论了与以前的作品致力于模拟霍金效应的对创建率约6个数量级小的链接。
2019-03-21 gr-qc physics.optics
