On-chip all-dielectric fabrication-tolerant zero-index metamaterials
零折射率超材料（ZIMs）提供了前所未有的操纵光的方法，并且在广泛的应用中引起兴趣，包括光学隐身、超耦合和非线性光学中的非常规相位匹配特性。阻抗匹配的ZIM可以通过由布里渊区中心处的两个线性带（通常是电偶极子模式和横向磁偶极模式）的意外简并引起的光子Dirac-cone（PDC）色散来获得。因此，PDC只能针对超材料的几何参数的特定组合来实现，并且因此对制造缺陷敏感。这些制造缺陷可能限制在实际应用中的有用性。在这项工作中，我们克服了这个障碍，并证明了强大的全介质（AD）ZIM，支持PDC分散在宽的参数空间。我们的结构，由硅柱阵列在二氧化硅衬底上，是在硅绝缘体（SOI）平台上制造的，并在电信波长工作。
2016-08-19 physics.optics
Aggregation-engineered loss-tolerant strong coupling in metallic microcavities
European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS), Università di Firenze（佛罗伦萨大学非线性光谱欧洲实验室）；Advanced Materials and Life Science Division, Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM)（意大利国家计量研究所先进材料与生命科学部）；Department of Industrial Engineering (DIEF), University of Florence & INSTM RU of Florence（佛罗伦萨大学工业工程系及INSTM佛罗伦萨研究单元）；Institute of Chemistry of Organometallic Compounds (ICCOM-CNR)（金属有机化合物化学研究所）；Department of Chemistry ‘Ugo Schiff ’ DICUS & INSTM Research Unit, University of Florence（佛罗伦萨大学乌戈·席夫化学系及INSTM研究单元）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Firenze（佛罗伦萨大学物理与天文学系）；Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto Nazionale di Ottica, CNR-INO（意大利国家研究委员会国家光学研究所）
该研究提出将分子聚集作为设计参数，在低品质因子银微腔中实现了耐损耗强耦合，明确了聚集态对耦合强度与发射特性的调控作用，为有机微腔的可扩展加工提供了新途径。
2026-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
High-Q Lithium Niobate Microcavities and Their Applications
铌酸锂（LN）是一种优良的非线性光学和电光材料，在经典非线性光学、光纤通信和量子光子学中有着广泛的应用。在这里，我们回顾了最近的发展，薄膜LN技术，使LN光子器件和微腔的小型化与小品质因数。我们讨论了LN器件的设计原理，利用最大的非线性系数，各种设备的制造方法和由此产生的设备性能，以及LN微腔的当前和潜在的应用。
2020-11-16 physics.app-ph physics.optics
Method for 3D printing of cubic microbubbles: fully enclosed thin-walled microcavities with ultra-high aspect ratios
Bangor University（班戈大学）；Chongqing University of Science and Technology（重庆科技大学）
本文提出一种基于两光子聚合的3D打印方法，首次实现了超高长宽比薄壁立方微气泡的制备，通过优化参数和结构设计，提高了微腔内未曝光光刻胶的提取效率。
2026-04-26 physics.optics
Fabrication Tolerant Multi-Layer Integrated Photonic Topology Optimization
针对多层集成光子器件的层间对准与共形分层制造误差，提出层受限拓扑优化及鲁棒公式，并在光栅耦合器和偏振旋转器中验证。
2024-04-10 physics.app-ph physics.optics
Low-threshold whispering-gallery-mode microlasers fabricated in a Nd: glass substrate by three-dimensional femtosecond laser micromachining
我们报道了利用飞秒激光三维微加工技术在钕玻璃芯片上制作回音壁模式微激光器。主要的制造过程包括通过飞秒激光烧蚀浸在水中的玻璃基板，然后通过CO2激光退火使表面平滑，由薄柱支撑的独立式微盘的制造。在室温下，用工作波长为780 nm的连续激光二极管泵浦，在低至69 μW的泵浦阈值下观察到激光输出。该技术允许在各种介电材料如玻璃和晶体中制造高品质因数的微腔。
2013-03-04 physics.optics
Low-loss, fabrication-tolerant, and highly-tunable Sagnac loop reflectors and Fabry-Pérot cavities on thin-film lithium niobate
在薄膜铌酸锂上提出低损耗MZI，利用可调Sagnac环路反射器构建Fabry-Pérot腔实现2×10^6品质因数，并通过热隔离沟槽将热光相移器功耗降低超10倍，助力复杂光子集成电路扩展。
2025-05-29 physics.app-ph physics.optics
Designs toward synchronization of optical limit cycles with coupled silicon photonic crystal microcavities
驱动高Q硅微腔是已知的表现出极限环振荡起源于载流子诱导和热光非线性。提出了一种利用硅光子晶体微腔实现同步光学极限环振荡的新型纳米光子器件。在这里，耦合极限环振荡器是通过使用相干耦合的硅光子晶体微腔实现的。通过模拟耦合模方程，我们从理论上证明了相干耦合引起的两个极限环的相互同步（夹带）。此外，我们解释了数值模拟同步的相位描述的框架。由于我们提出的设计是完全兼容当前的硅光子学制造工艺，光学极限环振荡的同步将在未来的硅光子电路中实现。
2020-09-08 cond-mat.mes-hall nlin.AO physics.optics
Adding SALT to Coupled Microcavities: the making of active photonic molecule lasers
多年来，在研究单腔和耦合微腔的光学性质方面积累了大量的工作，这些微腔用于各种应用，从滤波器到传感器和激光器。焦点主要集中在单个谐振器的几何形状和/或它们在通常被称为光子分子（PM）的布置中的组合上。我们的主要关注点将是作为集成微激光器，光子分子激光器的理想候选人的PM的激光特性。而大多数计算PM激光器的基础上冷腔（被动）模式，即准束缚态，最近制定的稳态从头计算激光理论（SALT）提供了可能性，考虑到潜在的增益跃迁的光谱特性，其位置和线宽，以及纳入任意的泵配置文件。我们将结合两种理论方法来表征PM激光器的激射特性：对于二维系统，广义Lorenz-Mie理论将获得由SALT描述的活性介质中耦合分子的共振模式。不仅理论描述更加完整，而且活性介质的使用提供了额外的参数来控制、设计和利用PM激光器的激光特性，以实现超低阈值和定向单模发射。
2014-05-01 physics.optics
Self-aligned photonic defect microcavities with site-controlled quantum dots
提出一种无需额外纳米加工的自对准应变诱导位点控制量子点微腔，通过AlAs/Al2O3埋入式应力源尺寸定制微腔特性，实现激光特征且无热效应，为可扩展微型激光器制造铺路。
2023-11-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design of photonic microcavities in hexagonal boron nitride
我们提出并设计了六方氮化硼（hBN）光子晶体腔（PCC），用于各种光子和量子应用。二维（2D）hBN薄片含有在室温下超亮且光稳定的量子发射体。为了实现这些发射器与光学谐振器的最佳耦合，因此需要由单片hBN制造腔，以使腔光学模式与发射器之间的重叠最大化。在这里，我们使用hBN的各向异性指数设计2D和1D PCC。研究了衬底和材料吸收的影响，并计算了自发发射率的增强。我们的结果是有希望的未来量子光子实验与hBN。
2017-09-11 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Schlieren texture induced Anderson localization in an organic exciton-polariton laser
本研究利用液晶共轭聚合物中的Schlieren织构实现极化激元面内Anderson局域化，在高Q微腔中获得136 fJ/脉冲的超低激射阈值，并使金属微腔可用于低阈值激射与未来电泵浦集成。
2023-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband and fabrication-tolerant 3-dB couplers with topological valley edge modes
针对3-dB耦合器带宽有限且对制造误差敏感的问题，提出基于valley-Hall拓扑和镜像对称性的拓扑3-dB耦合器框架，实现48 nm宽带和20 nm误差容差的理想分光，并扩展至稳健的片上拓扑干涉仪设计。
2024-03-25 physics.app-ph physics.optics
Deep Learning-Optimized, Fabrication Error-Tolerant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Scalable On-Chip Diamond Quantum Systems
本文提出基于卷积神经网络的深度学习优化方法，用于设计容制造误差的金刚石光子晶体纳米束腔，在保持高品质因子的同时提升色心耦合效率，推动可扩展片上金刚石量子系统的高良率制造。
2025-02-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Beyond Bragg-Mirrors for Gravitational Wave Telescopes: A Fabrication Tolerant Hybrid Metasurface-Bragg Mirror Design
Friedrich Schiller University（弗里德里希·席勒大学）；Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学）；Institut für Halbleitertechnik, Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学半导体技术研究所）；Fraunhofer-Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
为未来引力波探测器设计高反射率且低热噪声的镜面涂层，结合超材料与布拉格镜，通过仿真和蒙特卡洛分析优化性能，实现热位移噪声降低一个数量级。
2026-05-01 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Alignment Tolerant Broadband Compact Taper for Low-Loss Coupling to a Silicon-on-Insulator Photonic Wire Waveguide
我们实验证明了一个宽带，制造宽容，CMOS兼容的紧凑型硅波导锥（34.2 μ m）在绝缘体上硅线波导。该锥体沿锥体长度作用于多模干涉。单锥设计具有宽带操作，在700 nm以上耦合效率>70%，可用于O、C和L波段。紧凑的锥形对制造变化具有高度的耐受性; >100 nm的锥形和端波导宽度变化使锥形传输变化<5%。器件的占用面积（即，锥形以及线性光栅）为~ 442 m2;即，比绝热锥形小11.5倍。具有线性光栅的锥形提供与标准使用的聚焦光栅相当的耦合效率。我们还比较了聚焦光栅和线性光栅的平移和旋转对准公差。
2019-11-27 physics.app-ph physics.optics
Highly fabrication tolerant InP based polarization beam splitter based on p-i-n structure
在这项工作中，一种新型的高度宽容的偏振分束器（PBS）的InP平台上。为了实现分裂，我们结合了Pockels效应和等离子体色散效应在一个对称的1 × 2马赫-曾德尔干涉仪（MZI）。MZI的一个p-i-n移相器在正向偏压下驱动，以利用等离子体色散效应并修改TE和TM模式的相位。MZI的另一个臂在反向偏置下驱动，以利用仅影响TE模式的普克尔斯效应。通过调整两个移相器的电压，可以为TE和TM模式设置不同的干扰条件，从而在MZI的输出端将它们分离。通过调整电压，全无源PBS已知的非常严格的制造公差得到缓解。实验结果表明，在整个C波段（1530- 1565 nm），消光比优于15 dB，片上损耗为3.5dB。
2022-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Fabrication-tolerant frequency conversion in thin film lithium niobate waveguide with layer-poled modal phase matching
本文提出层极化模态相位匹配方法，通过在薄膜铌酸锂波导底部选择性极化，将频率转换对制造误差的鲁棒性提高5到10倍，并验证了其在电信波长带内频率转换中的应用。
2025-05-06 physics.app-ph physics.optics
Fabrication and Optical Properties of a Fully Hybrid Epitaxial ZnO-Based Microcavity in the Strong Coupling Regime
为了实现室温下的极化激元激光，提出了一种新的平面微腔制备方法：在AlGaN/AlN/Si衬底上外延生长ZnO基微腔，并使用两个介质镜。这种方法允许同时获得高质量的有源层以及高光子限制，如通过宏观和微观光致发光（μ-PL）和反射率实验所证明的。由于μ-PL，证明了品质因数为675和在k=0处的最大PL发射，揭示了即使在低激发功率下也有效的极化激元弛豫。
2011-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrically pumped WSe$_2$-based light-emitting van der Waals heterostructures embedded in monolithic dielectric microcavities
原子级薄层状材料的垂直堆叠为制造具有良好光电性能的异质结构开辟了新的可能性。石墨烯、六方氮化硼和半导体过渡金属二硫属化物的组合允许制造与宽范围的衬底兼容的电致发光（EL）器件。在这里，我们展示了一个完整的集成的电致发光范德华异质结的单片光学微腔制成的两个高反射率介质分布布拉格反射器（DBR）。由于在顶部反射镜沉积期间保护WSe $_2$的石墨烯和六方氮化硼的存在，我们完全保留了器件的光电行为。两个明亮的腔模式出现在EL光谱特征的Q-因子分别为250和580：第一个是直接归因于单层面积，而第二个是归因于WSe $_2$岛外引导的发射部分。通过将EL器件嵌入微腔结构内部，实现了发射光的方向性的显著修改，与没有顶部DBR的相同EL器件相比，在最大发射的角度处峰值强度增加了近两个数量级。此外，WSe $_2$ EL与具有色散的腔模的耦合允许通过改变从微腔观察EL的角度来调谐超过35 nm（80 meV）的峰值发射波长。该工作为基于范德华异质结构的小型垂直腔面发射器件的研制提供了一条途径。
2020-06-04 physics.app-ph physics.optics
Perovskite quantum dot topological laser
最近，各种拓扑激光器概念已经能够证明不受结构变形影响并且耐受制造缺陷的鲁棒发光器件。当前实现的具有拓扑边界的光子腔通常受到外耦合问题或方向性差的限制，并且需要复杂的设计和制造，这阻碍了在小波长下的操作。在这里，我们提出了一个拓扑腔设计的基础上，两个一维光子晶体与不同的Zak阶段之间的界面状态，并展示了光刻免费，单模钙钛矿激光器发射的绿色。溶液处理的全无机铯铅卤化物钙钛矿量子点的几个单层被用作半导体增益介质。拓扑激光器具有类似于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的具有大输出孔径的平面设计，并且对增益介质的厚度的变化（从深亚波长到厚量子点膜）具有鲁棒性。这一实验观察也揭示了VCSEL的拓扑性质，这在传统法布里-珀罗腔激光器的描述中通常被忽视。设计简单性和拓扑特性使得这种钙钛矿量子点激光器架构适合于在可见光谱区域上操作的低成本和制造耐受性垂直发射激光器。
2022-05-30 physics.optics
Fabrication of GaN/AlGaN 1D photonic crystals designed for nonlinear optical applications
本文提出了一种制备GAN/AlGaN一维光子晶体（1D-PhC）微腔的可靠工艺。我们使用了异质结构，其中GAN层嵌入在蓝宝石衬底上的由AlGaN/GAN多层膜组成的两个分布式布拉格反射器之间，被设计为从λ= 400 nm的入射泵浦信号产生λ= 800 nm的频率下转换信号（χ^（2）效应）。该异质结构通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）外延生长，并集成了适当设计的1D-PhC光栅，该光栅通过利用腔共振和非线性GAN增强的双重效应来放大信号。采用高分辨率电子束写入和深腐蚀相结合的方法制备了集成一维光子晶体微腔。对于图案转移，我们使用通过基于使用双层抗蚀剂（PMMA/MMA）的高质量剥离技术获得的~ 170 nm层Cr金属蚀刻掩模。同时，等离子体条件已经被优化，以实现具有良好的侧壁垂直度（非常接近90°）的深度蚀刻结构（深度超过1微米）。在将图案转移到GAN/AlGaN异质结构之后，实现了具有良好控制的尺寸（周期分别为150 nm、230 nm和400 nm）的光栅。
2011-04-14 physics.optics
Robust Design by Antioptimization for Parameter Tolerant GaAs/AlOx High Contrast Grating Mirror for VCSEL Application
报道了一种GaAs/AlOx高对比度光栅结构设计，在425 nm大带宽下，反射率高达99.5%。为了提高中红外VCSEL器件的性能，设计了高对比度光栅（HCG）结构，取代了谐振腔的顶部布拉格反射镜。一个强大的优化算法已被实施，以设计HCG结构不仅作为一个有效的反射镜，但也作为一个强大的结构对制造的缺陷。这里提出的设计方法可以很容易地适用于不同波长的其他HCG应用。
2013-10-08 physics.optics
Fabrication of Nanostructured GaAs/AlGaAs Waveguide for Low-Density Polariton Condensation from a Bound State in the Continuum
激子-极化激元是由激子共振和光子腔模之间的强耦合产生的混合光物质态。作为玻色子激发，它们可以经历相变到凝聚态，该凝聚态可以发射相干光而没有粒子数反转。这方面使它们成为无阈值激光器的良好候选者，但短的激子-极化激元寿命使其难以在非常低的功率密度下实现凝聚。从这个意义上说，长寿命的光保护态是克服单片微腔有限镜反射率限制的最佳候选。在这项工作中，我们使用一个光子对称性保护的束缚态耦合到激子共振的连续，以实现最先进的极化激元凝聚阈值在GaAs/AlGaAs波导。最重要的是，我们展示了制造控制的影响，以及如何通过原子层沉积的表面钝化提供了一种方法来减少激子淬火在光栅侧壁。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fault-Tolerant Directional Couplers for State Manipulation in Silicon Photonic-Integrated Circuits
光子集成电路在通信、传感、测距和信息处理等当前和未来的应用中发挥着核心作用。光子量子计算也可能需要集成光学架构来提高稳定性、可扩展性和性能。容错量子计算要求非常精确和鲁棒的量子门。在这项工作中，我们展示了高保真定向耦合器的单量子位门的光子集成波导，利用一种新的方案失谐调制复合段。具体的设计，以减少对波长的变化和现实世界中的波导宽度和深度的几何制造误差的敏感性。实验证明了增强的波长容限。这一概念显示出作为集成量子光学架构的一部分的缩放高保真门的巨大前景。
2022-04-07 physics.optics quant-ph
Reduced absorption of light by metallic intra-cavity contacts: Tamm plasmon based laser mode engineering
人们普遍认为，由于金属中的吸收，将金属层嵌入到光电结构中对激光发射是有害的。然而，最近在腔内有单个金属层的微腔中观察到了宏观光学相干性和激射。在这里，我们提出了设计的微腔型结构的两个腔内金属层，可以作为电泵浦的接触。基于利用Tamm等离子体激元的特性的光学模式的设计由于将光学模式的电场的节点固定到金属层而提供了消失的吸收。所提出的设计可用于制造具有腔内金属接触的垂直腔激光器。
2013-02-23 physics.optics
Fabrication of low-loss quasi-single-mode PPLN waveguide and its application to a modularized broadband high-level squeezer
连续波（CW）宽带高能级光正交挤压器是在时域复用连续变量光团簇态上进行高速大规模容错量子计算的关键。利用波导光参量放大器（OPA）可以获得连续波太赫兹带宽压缩光，但由于结构扰动和泵浦诱导效应引起的光损耗导致压缩能级退化，压缩能级已不能满足容错量子计算的应用。在这里，通过使用机械抛光工艺，我们制作了一个低损耗准单模单极化铌酸锂（PPLN）波导，这表明7%的光传播损耗与波导长度为45毫米。使用波导，我们组装了一个低损耗的光纤尾纤OPA模块的总插入损耗为21%。由于其直接键合在LiTaO3基片上的芯，即使在数百毫瓦的泵浦条件下，波导也不会显示泵浦引起的光损耗。此外，准单模结构抑制了高阶空间模的激发，使我们能够获得更大的压缩能级。即使包括光耦合损耗的模块化，我们观察到6.3 dB的压缩光从DC分量高达6.0太赫兹的边带在一个完全的光纤封闭的光学系统。通过排除由于模块化和检测的不完善而引起的损耗，PPLN波导的输出处的压缩水平估计超过10 dB。我们的波导挤压器是一个很有前途的量子光源的高速大规模容错量子计算。
2022-01-05 physics.optics quant-ph
Ultra-compact low-loss broadband waveguide taper in silicon-on-insulator
提出了一种新型的大带宽、容差、CMOS兼容的紧凑型锥形（15 μ m）的设计，并在绝缘体上硅中进行了实验验证。与1550 nm波段的标准聚焦光栅相比，所提出的用于光斑尺寸转换的锥形以及线性光栅耦合器在耦合效率上没有劣化。单锥形设计具有超过600 nm的宽带操作，可用于O、C和L波段。所提出的紧凑型锥形对制造变化具有高度耐受性;锥形宽度的80 nm变化和端部波导宽度的200 nm变化使锥形传输变化<0.4 dB。该器件的覆盖区（即锥形）以及线性光栅约为250 μm2;这比绝热锥形小20倍，比聚焦光栅耦合器小2倍。
2017-05-04 physics.app-ph physics.optics
Giant Rabi splitting and polariton photoluminescence in an all solution-deposited dielectric microcavity
本文首次制备全溶液加工的罗丹明6G介电极化激元微腔，实现超过400 meV拉比分裂，并发现强耦合使双分子湮灭临界激发密度提升逾10倍。
2024-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Deterministic Transferable Planar Dielectric Mirrors for Investigating Strong Light-Matter Coupling
Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）
本文提出一种确定性干转移方法，用于制造完整的介电微腔，采用上下SiO₂/TiO₂布拉格镜，无需后生长剥离工艺，实现Q因子达4×10³，利用单层WS₂作为活性介质，在室温及低温下观察到强激子-光子耦合信号。
2026-04-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Three-Dimensional Organic Microlasers with Low Lasing Thresholds Fabricated by Multiphoton Lithography
研究了以光子晶体为载体的含有吡咯亚甲基激光染料的立方体有机微腔，作为降低腔的激光阈值的一种方法。多光子光刻有利于直接在衬底上或去耦结构上制造长方体腔，而类似的结构通过UV光刻在衬底上制造以进行比较。相对于在衬底上制造的腔，已经观察到由光子晶体支撑的腔的激光阈值显著降低约30倍。长方体微谐振器的激光模式谱提供了强有力的证据表明，激光模式是本地化的水平面内，与一个内接钻石的形状。
2014-04-02 physics.optics
High-Fidelity Integrated Quantum Photonic Logic Via Robust Directional Couplers
本研究提出一种被动几何设计策略，通过稳健方向耦合器提升量子逻辑门保真度，实现高保真集成量子光子逻辑。
2026-01-13 physics.optics quant-ph
Hybrid confinement techniques for polariton simulators
本文提出两种新型制造技术，用于极子模拟器的混合限制，实现了高精度的极子局域化和复杂格子的制造。
2025-12-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Coupling of whispering-gallery modes in size-mismatched microdisk photonic molecules
数值研究了微尺度失配和大尺度失配下微盘光子分子中回音壁模式耦合的机理。结果揭示了两种不同的情况下，模式的相互作用取决于这种不匹配的程度，并提供了新的见解PM参数如何可以调整，以控制和修改WG模式的波长和Q因子。从实际的角度来看，这些发现提供了一种方法来制造PM微激光器结构，表现出低阈值和定向发射，并在同一时间更宽容的制造误差比以前探索的耦合腔结构组成的相同的微谐振器。
2007-04-06 physics.optics
Optimizing strong light-matter coupling of plasmonic lattices and monolayer semiconductors
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；University of Basel（巴塞尔大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Karadeniz Technical University（卡拉登技术大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
研究通过优化等离激元晶格与单层半导体的耦合，减少界面不规则性，实现大面积极子晶格，应用于极化控制与拓扑极子学。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Experimental characterization of an ultra-broadband dual-mode symmetric Y-junction based on metamaterial waveguides
硅光子集成电路通常需要具有最小损耗、小尺寸、超宽带宽和宽松制造公差的3 dB光功率分配器，以在整个芯片上分配光，并作为形成更复杂器件的关键构建块。对称Y结在其他功率分配器件中脱颖而出，因为它们的波长无关响应和简单的设计。然而，当前制造方法的有限分辨率导致两个Y结臂之间的尖端处的最小特征尺寸（MFS），这导致基模的显著损耗。在这里，我们建议利用亚波长超材料在一种新型的超宽带和制造宽容的Y型结规避这一限制。在260 nm带宽（1420-1680 nm）上的详尽实验研究表明，对于高分辨率光刻工艺（MFS约50 nm），基本横向电模式（TE 0）的过量损耗低于0.3 dB，并且对于100 nm的制造分辨率，过量损耗小于0.5 dB。具有正负10 nm的确定性引起的误差的亚波长Y结进一步证明了稳健的制造公差。此外，使用高分辨率光刻，该分束器在100 nm带宽（1475-1575 nm）内对一阶横电模式（TE 1）表现出低于1 dB的过量损耗。
2023-01-10 physics.app-ph physics.optics
Parallel fault-tolerant programming of an arbitrary feedforward photonic network
Stanford University（斯坦福大学）
可调谐分束器节点的可重构光子网状网络可以线性地变换表示光的输入模态振幅的$N$维向量，以用于诸如节能机器学习硬件、量子信息处理和模式解复用的应用。这种光子网格通常通过逐个调谐或表征每个分束器来编程和/或校准，这可能是耗时的并且可能限制缩放到更大的网格。在这里，我们介绍了一个图形拓扑的方法，定义了在这种应用中常用的前馈网络的一般类，并确定列的非相互作用的节点，可以同时调整。通过这种方法，我们可以计算必要的输入矢量，以并行编程整个列的节点，同时通过光电反馈到可调移相器或耦合器上，使每个节点的一个输出中的功率无效。这种并行无效方法对制造误差是容错的，不需要节点参数的先验知识或校准，并且可以将编程时间减少$N$阶数的因子，从而与光学深度（或器件中的节点列数）成比例。作为演示，我们模拟我们的编程协议上的前馈光学神经网络模型训练分类手写数字图像的MNIST数据集高达98%的验证准确率。
2019-09-11 cs.ET cs.LG physics.optics
An asymmetric non-uniform 3-dB directional coupler with 300-nm bandwidth
在这里，我们展示了一种新型的3 dB耦合器，具有从1300 nm到1600 nm的超宽带工作范围，具有低制造灵敏度。整个器件尺寸为800微米，包括进/出S形弯曲波导。耦合器是由两个锥形波导组成的非对称非均匀定向耦合器。耦合器臂中的一个在传播方向上移位130微米，这减少了耦合系统的奇模和偶模之间的相位失配，从而与未移位的耦合器相比产生更好的波长平坦化响应。此外，与长绝热耦合器相比，我们在小16倍的器件长度下实现了类似的波长响应。耦合器使用Lionix International的氮化硅平台制造。我们还实验证明了一个光开关，这是通过使用两个这些耦合器在马赫曾德尔干涉仪配置。根据实验结果，该光开关在100 nm波长范围内（1500-1600 nm）表现出-10 dB的消光比。我们的研究结果表明，非对称非均匀定向耦合器具有很大的希望，包括光学成像，电信和可重构光子处理器，其中紧凑，制造宽容和波长不敏感的耦合器是必不可少的各种应用。
2022-09-24 physics.optics
Photonic Architectures for Equilibrium High-Temperature Bose-Einstein Condensation in Dichalcogenide Monolayers
半导体微腔极化激元是激子和光子的复合准粒子，出现在强耦合区。作为物质和光的量子叠加态，极化激元具有比光子强得多的粒子间相互作用，从而能够实现快速平衡和玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。目前基于一维光子结构的实现，如法布里-珀罗微腔，具有有限的光捕获能力，导致皮秒极化激元寿命。我们证明，理论上，高于室温（高达590 K）的长寿命极化激元在MoSe $_2$单分子膜夹在简单的TiO $_2$为基础的三维光子带隙（PBG）材料的BEC。三维光子带隙诱导非常强的耦合40毫电子伏（拉比分裂62毫电子伏）少至三个dichalcogenide单层。在三维光子带隙中的强光捕获使得长寿命的极化子超流体能够抵抗制造诱导的无序和激子线加宽。
2014-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas physics.optics
Mid-infrared sub-wavelength grating mirror design: tolerance and influence of technological constraints
比较了适用于VCSEL集成的大带宽、高偏振选择性Si/SiO2中红外亚波长光栅反射镜。这些反射镜已被自动设计为在λ= 2.3 $μ$ m的操作，通过优化算法，最大化一个专门定义的品质因数。与光栅制造过程中的几个技术约束已被施加在优化算法和它们对反射镜的光学性能的影响进行了评估。此外，通过对不同尺寸的结构的公差计算，相对于制造误差的鲁棒性进行了测试。最后，看来反射镜的光学性能的增加强加了具有更严格的技术约束的更少公差的设计，从而导致对制造过程的更严格控制。
2011-12-01 physics.optics
Strain-tunable synthetic gauge fields in topological photonic graphene
我们提出了一种简单有效的方法来设计，通过应变工程，光子拓扑绝缘体支持高品质因数的边缘状态。手征应变工程在两个域中产生相反的合成规范场，导致具有相同能量间隔但不同拓扑数的朗道能级。这两个拓扑域的边界主机强大的时间反转和自旋动量锁定的边缘状态，表现出高的品质因数，由于连续的应变调制。通过对合成的规范场进行整形，我们得到了一个显著的场限制和可调谐性，其中应变强烈影响边缘态的局域化程度。值得注意的是，双域设计稳定了应变诱导的拓扑边缘状态。应变工程的大的潜在带宽和在制造阶段诱导机械应力的机会使得光子学中的许多潜在应用具有很大的可扩展性，例如可调谐微腔，新的激光器和信息处理设备，包括量子机制。
2021-10-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Light guiding and optical resonances in ZnS microstructures doped with Ga or In
ZnS的高折射率（在可见光范围内约2.4）使得ZnS微结构成为用于制造光导和谐振微腔的良好候选者。研究了几种ZnS结构的导光特性。特别是，在这项工作中的杆和板的行为进行了研究，它已被证明，所研究的结构的形态起着决定性的作用，支持的谐振模式。在ZnS：Ga和ZnS：In结构中，支持Fabry-Perot和Whispering Gallery共振模式。一个很好的协议已被发现之间的实验结果和理论模型用于描述这两种类型的共振，这已被用来估计掺杂材料的折射率。在具有三角形横截面的ZnS：Ga线中，在蓝绿色范围内观察到激光效应。据我们所知，这是第一次在可见光区研究掺杂ZnS的共振模式。
2021-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-throughput quantum photonic devices emitting indistinguishable photons in the telecom C-band
本文展示了基于外延量子点的电信C波段高通量量子光子器件制造，实现超高纯度与创纪录不可区分性的单光子发射，为量子网络奠定基础。
2024-05-23 physics.optics quant-ph
High fidelity CNOT gates in photonic integrated circuits using composite segmented directional couplers
本文提出了一种基于复合分段方向耦合器的高保真CNOT门设计，通过实验和模拟验证其在提升门保真度和降低误差方面的优势。
2025-12-03 physics.optics quant-ph
A full degree-of-freedom photonic crystal spatial light modulator
利用光场的全部复杂性需要完全控制空间和时间区域内的所有自由度-这是当今空间光调制器（SLM），有源超表面和光学相控阵列的开放目标。在这里，我们解决了这一挑战与可编程光子晶体腔阵列，使四个关键的进步：（i）通过反向设计与高精细度微腔的接近统一的垂直耦合，（ii）通过优化的300 mm全晶片处理的可缩放制造，（iii）使用自动闭环“全息微调”的皮米精度谐振对准，以及（iv）通过高速微LED阵列的面外腔控制。结合每一个，我们展示了近完整的时空控制的64谐振器，二维SLM与纳秒和毫微微焦耳级开关。同时操作的波长尺度模式附近的空间和时间带宽的限制，这项工作开辟了一个新的制度的可编程性在多模光学控制的基本限制。
2022-04-21 physics.optics quant-ph
High-efficiency integrated laser on erbium-doped lithium niobate-on-insulator
MOE Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, School of Physics and TEDA Institute of Applied Physics, Nankai University（南开大学物理学院与泰达应用物理研究院弱光非线性光子学教育部重点实验室）
本文提出一种集成掺铒LNOI激光器，结合高掺铒LN、大直径微环谐振器和双向泵浦，在1562 nm实现16.91%斜率效率，首次突破LNOI平台10%效率门槛。
2026-09-15 physics.optics
Compact, open, and tunable two-dimensional Fabry-Pérot cavity
Zurich University of Applied Sciences (ZHAW)（苏黎世应用科学大学）；University of Bonn（波恩大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
提出一种紧凑、开放且可调谐的二维法布里-珀罗腔，利用柔性铰链和压电致动器实现粗精调谐，达到亚百皮米稳定性和精细度360，适用于任意材料的光-物质相互作用研究。
2026-09-14 physics.optics
Channeling defect emission through topological Jackiw-Rebbi states in hBN
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems, University of Technology Sydney（悉尼科技大学变革性超光学系统卓越研究中心）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
本研究在六方氮化硼中实现拓扑Jackiw-Rebbi态的光子类比，通过反转光栅带边模式顺序形成非色散界面态，该态对制造误差高度容忍，为控制发光缺陷发射提供稳健平台。
2026-09-23 physics.optics
Smooth-Curvature Bend Design Guided by Variational Analysis for Adiabatic Multimode Integrated Photonics
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学武汉国家光电研究中心）；School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学光学与电子信息学院）；Optics Valley Laboratory（光谷实验室）
研究多模波导弯曲设计，将其表述为依赖曲率的变分问题，通过构建品质因数推导绝热最优条件，引入SPC和SPCh弯曲，在特定平台上实现低损耗、宽带宽、制造宽容，为光互连和微波光子系统提供新设计策略。
2026-07-17 physics.optics
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
Design of a Dual Polarized Gold-Coated Four-Channel PCF-SPR Sensor with Ultra-High Sensitivity and Broad RI Coverage
针对PCF-SPR传感器性能提升需求，本研究采用有限元法设计了一款双偏振镀金四通道PCF-SPR传感器，实现了超高灵敏度与宽折射率检测范围，且制备容忍度高、实用性强。
2025-11-16 physics.optics
Design and Optimization of Metasurfaces for Silicon Photonics: PhD Thesis
Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL)（里昂纳米技术研究所）；STMicroelectronics（意法半导体）
该博士论文针对超表面逆向设计面临的难题，分三阶段应对。先评估求解器可靠性，再用局部相位近似等消除计算瓶颈，最后在通用协议下测试三种策略，通过多种方法提升超表面设计的保真度，实现多样且抗制造误差的设计。
2026-10-27 math-ph math.MP physics.optics
