Mechanism of unidirectional emission of ultrahigh Q Whispering Gallery mode in microcavities
本文研究并首次提出了变形圆形微腔中高Q值回音壁模的单向发射机理。在相空间中,混沌海中的光通过折射区泄漏出腔,折射区的位置由稳定岛控制。而不动点在不稳定流形中的位置主要决定了光从哪个折射区泄漏出去以及出射的方向。通过控制腔的形状,我们可以调整泄漏区以及固定点的位置,从而在高折射率和低折射率材料中实现具有窄发散角的单向发射高Q值腔
2009-08-25 physics.optics
Spectral engineering of coupled open-access microcavities
开放式微腔作为一种新的方法出现,以限制和工程师在模式体积下的光到$λ^3$制度。它们提供对高度受限的电磁场的直接访问,同时保持系统的可调谐性和耦合到一系列物质系统的灵活性。本文介绍了一种耦合腔的研究,其中基板的生产使用聚焦离子束铣削。在实验和理论研究的基础上,论证了曲率半径为\SI{6}{\micro\meter}的两个微腔之间的耦合工程。通过研究从隔离腔到耦合腔的过渡过程中光谱、空间和偏振特性的演变,提供了详细信息。正常模式分裂高达20毫电子伏观察到的总模式体积周围$10 \times λ^3$。这项工作是重要的,为未来的发展实验室芯片传感器和光子开放存取设备,从极化子系统到量子模拟器。
2015-12-09 physics.optics
Design of diamond microcavities for single photon frequency down-conversion
我们提出了单片金刚石腔,可用于转换的颜色中心的Fock状态的单光子从发射波长到电信波段。我们提出了一个详细的理论描述的转换过程中,分析重要的实际问题,如非线性相移和频率失配。我们的分析预测可持续的功率要求($ \lesssim 1~\mathrm{W}$)的芯片级非线性器件具有高转换效率。
2015-04-10 physics.optics
Tunable Resonant Optical MicroCavities by Self-Assembled Templating
利用模板球自组装和电化学生长相结合的方法制备了纳米级光学腔。可调谐微腔的透射率测量显示出尖锐的谐振模式,Q因子>300,并且光强度局部增强25倍。横向光学模式的存在证实了光子的横向限制。计算表明亚微米模体积是可行的。这些微腔的小模体积有望在微激光器、原子光学、量子信息、生物光子学和单分子检测等方面得到广泛的应用。
2004-01-23 physics.optics
Highly Efficient Boundary Element Analysis of Whispering Gallery Microcavities
我们表明,边界元回音壁微腔分析的效率可以提高数量级的菲涅尔近似的列入。使用这个公式,模拟的微波盘与波数半径的产品一样大的$kR\approx8,000$被证明在对比以前的记录$kR\approx100$。该方法在计算模场分布和谐振波长时具有较高的精度,但由于采用了直接求根的方法,计算品质因数时的相对误差高达$10%$,这是传统边界元法所不能达到的。最后,四极形腔和直径为$100 μm$的双盘模拟使用尽可能少的$512$边界元,而这样的大腔的模拟使用传统的边界元方法以前没有报道。
2014-04-15 physics.optics
Boundary element method for resonances in dielectric microcavities
本文介绍了一种基于格林函数技术的边界元方法,用于计算准二维介质腔中具有中间寿命的谐振腔。它可以应用于单个或多个光学谐振腔的任意形状,包括角落,为TM和TE偏振。对于具有对称性的腔,描述了对称性约简。讨论了伪解的存在性。通过计算两个耦合六边形腔的共振,证明了该方法的有效性。
2002-12-10 nlin.CD physics.gen-ph physics.optics
Photonic Berry curvature in double liquid crystal microcavities with broken inversion symmetry
我们研究了一种光子器件,该器件由两个耦合光学腔组成,具有Rashba-Dresselhaus自旋轨道耦合,TE-TM分裂和线性偏振分裂,在光子色散的恶魔点处打开可调能隙,从而产生可主动寻址的局部Berry曲率。所提出的架构源于液晶腔中人工光子规范场设计的最新进展[K. Rechcienska等人,Science 366,727(2019)]。我们的研究为拓扑光子学、室温自旋光电子学以及极端条件下光子带量子几何结构的研究开辟了新的视角。
2021-02-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quality factors and dynamical tunneling in annular microcavities
微腔中光学模式的关键特性是其描述光学损耗的品质因数。这个量的数值计算对于当今的设备可能是非常苛刻的。在这里,我们表明,对于某一类回音壁腔的品质因数与动态隧穿,在量子混沌领域的研究现象。我们最近开发的方法来确定动态隧穿率开放腔。这使我们能够推导出一个解析公式的品质因数,这是在很好的协议与麦克斯韦方程组的全部解决方案。
2009-06-02 nlin.CD physics.optics
Nonreciprocity light propagation in coupled microcavities system beyond weak-excitation approximation
提出了一种非互易光在两个耦合腔系统中传输的方案,其中一个光学微腔与一个二能级量子发射体耦合。对于奇偶校验时间(\textrm{PT})系统的情况(即,主动-被动耦合腔系统),在弱激发近似下,腔增益可以显著增强量子发射体与腔场相互作用引起的光学非线性。在适当的参数范围内,由于巨非线性效应,光传输可以实现高隔离度、无损耗的非互易传输。此外,我们的计算表明,非互易光的传输不会受到光学双稳引起的不稳定输出光强的影响,甚至可以通过适当地调节系统参数来切换非互易光的传输方向。
2016-05-06 physics.optics quant-ph
Microstructured organic cavities with high-reflective flat reflectors fabricated by using a nanoimprint-bonding process
提出一种基于UV纳米压印技术的纳米压印键合工艺,用于制备高反射率微结构有机微腔,实现了空间局域光子模式、高精度光子能带及拓扑边缘态,推动了有机光子器件发展。
2023-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Suppressing spatio-temporal lasing instabilities with wave-chaotic microcavities
时空不稳定性是由复杂性和非线性引起的普遍现象。在大面积边发射半导体激光器中,多个空间模与有源介质的非线性相互作用会导致光的非线性效应和时空混沌。这些不稳定性降低了激光器的性能,并且非常难以控制。我们展示了一个强大的方法来抑制时空不稳定性使用波混沌或无序腔。在这种腔中,许多传播波与随机相位的干涉破坏了自组织结构如细丝的形成,从而导致稳定的激光动力学。我们的方法提供了一个通用的和强大的计划,以防止各种高功率激光器的非线性不稳定性的形成和增长。
2018-09-25 nlin.CD physics.optics
Strong Coupling of Multimolecular Species to Soft Microcavities
我们能将多个分子种类耦合到软腔吗?这个问题的答案在设计用于极化激元化学应用的开放腔中具有相关性。由于折射率的差异,很难以受控和精确的方式将多个分子种类耦合到开放腔。在这封信中,我们讨论的程序,涂层多种染料,TDBC和S2275,使用逐层沉积技术到一个电介质微球,以促进多分子耦合。我们观察到由于回音壁模式促进了分子间的混合,形成了一个中间极化激元分支。TDBC分子的耦合强度2g为98 meV,而S2275分子的耦合强度为78 meV。耦合强度大于腔线宽和分子吸收线宽,表明体系处于强耦合区。
2021-12-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
Interaction-induced hopping phase in driven-dissipative coupled photonic microcavities
玻色-哈伯德模型(BHM)的本质是玻色子在不同位置之间的跳跃和相互作用。受光晶格中原子的BHM模拟器成功的启发,出现了在耦合非线性腔中实现光子BHM的建议。两个耦合的半导体微腔构成了一个模型系统,激子极化激元的跳跃,相互作用和衰减-混合轻物质准粒子-可以结合选址相干驱动来实现驱动耗散双位光学BHM。在这里,我们探讨在这个系统中的干扰和非线性的相互作用,在一个政权,在相同的驾驶条件下,可以观察到三个不同的密度分布。我们演示了如何通过有效的极化激元-极化激元相互作用来控制腔之间的极化激元跳跃所获得的相位。我们的结果为二维多腔系统中极化激元的密度相关规范场的合成开辟了新的前景。
2016-02-23 physics.optics quant-ph
Direct coupling of nonlinear integrated cavities for all-optical reservoir computing
本研究理论提出直接耦合非线性光学微腔网络以实现集成纳米光子空间复用全光储层计算,分析了参数对计算指标的影响,明确超模特性的关键作用及不同非线性效应的效果,仿真验证其可在GHz尺度完成预测和信号恢复任务。
2023-07-20 physics.optics
Observations of interior whispering gallery modes in asymmetric optical resonators with rational caustics
我们提出了非对称谐振腔与合理的焦散线和实验证明内部回音壁模式在单片硅介观微腔。这些微腔展示了腔品质因数(Q)对粗糙度瑞利散射的独特鲁棒性。角分辨锥形光纤测量和近场图像观察到不同的谐振族和内部回音壁模式的非对称发射,这可用于微腔激光器和CQED应用。
2007-08-25 physics.optics
Fabry-Perot microcavity spectra have a fine structure
光学腔可以支持许多横模和纵模。傍轴标量理论预测,这些模式的共振频率集群在不同的顺序。一个非傍轴矢量理论预测,这些集群内的频率简并被解除,使每个订单获得光谱精细结构,原子光谱中观察到的精细结构。在本文中,我们计算了这种精细结构的微腔,并显示它是如何起源于各种非傍轴效应,是共同决定的镜面像差。所提出的理论,它适用于微扰理论与边界条件的麦克斯韦方程组,被证明是非常强大的。它将法布里-珀罗腔的一维有效描述推广到三维多横模描述。因此,它提供了新的物理见解,在几个模式整形效应和详细的预测的精细结构的法布里-珀罗光谱。
2022-03-03 physics.ins-det physics.optics
Ultrasound sensing at thermomechanical limits with optomechanical buckled-dome microcavities
我们描述了使用单片,屈曲圆顶腔超声传感器。在压缩应力薄膜叠层内的图案化分层产生具有密封和空腔区域的高精细度平凹光学谐振器。弯曲的镜子也可以作为一个灵活的膜,高度响应外部压力的变化。由于它们有效的光-声-机械耦合,在低光探询功率和适度的光学(Q ~ 10 ^3)和机械(Q ~ 10 ^2)品质因数下实现了热位移噪声限制的灵敏度。我们预测并验证了宽带(高达5 MHz)空气耦合超声检测,噪声等效压力(NEP)低至~ 30-100 $μ$ Pa/Hz ^[1/2]。这相当于超声波的力灵敏度约为2 x 10^-13 N/Hz ^[1/2],能够探测到在空气中传播距离约为20 cm的MHz范围的信号。在水中,热噪声限制的灵敏度在很宽的频率范围内(高达~ 30 MHz)得到了证实,NEP低至~ 100-800 $μ$ Pa/Hz ^[1/2]。这些腔体表现出几乎全方位的响应,同时比类似尺寸的压电器件灵敏约3-4个数量级。它们很容易实现为大型阵列,并且自然适合于通过自由空间光束或光纤直接耦合,与竞争光学器件相比,它们提供了显着的实际优势,因此可能对医疗和工业超声成像中的几个新兴应用感兴趣。
2022-06-13 physics.ins-det physics.optics
Spatial structure of lasing modes in wave-chaotic semiconductor microcavities
本文对具有混沌射线动力学的大面积半导体激光器进行了实验和数值研究。在腔边界处的发射强度分布的测量和比较的光线跟踪模拟和数值计算的被动腔模式。我们研究了两种不同的腔的几何形状,一个D-腔和一个体育场,这两个功能完全混沌射线动力学。虽然远场分布在所有方向上表现出相当均匀的发射,但腔边界处的发射强度分布是高度不均匀的,反映了腔内部的不均匀强度分布。实验与模拟结果的良好一致性表明,波动混沌半导体激光器的光强分布主要取决于腔的几何形状。这与传统的法布里-珀罗大面积激光器形成对比,传统的法布里-珀罗大面积激光器的强度分布在很大程度上由激光模式与半导体增益介质的非线性相互作用决定。
2020-08-05 nlin.CD physics.optics
Ray engineering from chaos to order in two-dimensional optical cavities
混沌,即对初始条件的指数对初始条件的敏感性,通常被认为是一种讨厌的东西,因为它阻止了物理系统中的长期预测。在这里,我们提出了一个容易访问的方法来撤销确定性的混乱和定制的光线轨迹在任意的二维光学台球,通过引入空间变化的折射率。通过保角映射得到一个新的折射率景观,使得混沌台球的轨迹完全可预测,台球完全可积。此外,通过将混沌台球与非欧几里德几何相关联,可以进一步推动轨迹校正。两个例子说明了投影台球建立在一个球,以及变形时空外的史瓦西黑洞,这分别导致所有的周期轨道和螺旋轨迹在所产生的二维台球/腔。我们的方法的实施,提出了,这使得实时控制的混沌,并可能进一步有助于丰富的潜在应用领域的光学微腔。
2022-08-27 nlin.CD physics.optics