Optical Field Enhancement in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
提出并论证了双曲型超材料纳米缝隙波导实现大的光场增强。通过数值计算和解析方法分析了双曲型超材料中空气缝隙内增强电场与波导模式耦合和介电常数张量的关系。超材料缝隙波导中的光强度可以比常规硅缝隙波导中的光强度强25倍以上，这是由于双曲超材料中支持的双折射率所实现的紧密光模式限制。用实际的金属-介质多层波导结构验证了电场增强效应。
2012-04-19 physics.optics
Electric field enhancement with plasmonic colloidal nanoantennas excited by a silicon nitride waveguide
我们研究了CMOS兼容的光学结构开发新型集成光谱系统的可行性。我们表明，利用等离子体纳米球的二聚体可以实现局部场增强，所述等离子体纳米球可以从CMOS兼容的光波导顶部的胶体溶液组装。共振二聚体纳米天线被激发的集成氮化硅波导中引导的模式。模拟结果表明，100倍的电场增强建立在二聚体间隙相比，波导倏逝场振幅在相同的位置。我们研究了场增强如何依赖于二聚体的位置，取向，距离和激发波导模式。
2016-02-16 physics.optics
Purcell Enhancement of Spontaneous Emission of a Quantum Emitter on a Waveguide
本研究通过模拟与实验探究波导对附近量子发射器自发辐射的影响，验证了波导的Purcell增强效应及发射器寿命缩短现象，为基于波导的倏逝传感器和量子光子应用的效率估算提供了概念支撑。
2024-07-09 physics.optics
Plasmonic Tamm states: second enhancement of light inside the plasmonic waveguide
提出了金属-绝缘体-金属（MIM）波导中的一类Tamm态。采用基于阻抗的传输矩阵方法对其进行了研究和优化，在等离子体Tamm态的参与下，场可以得到两次增强：第一次是由于普通波导和纳米等离子体波导之间的耦合，第二次是由于Tamm态的强局域化和场增强。如我们的二维耦合配置所示，当1550 nm光从300 nm Si平板波导耦合到40 nm MIM波导中时，|E| ^2被增强高达1050倍。
2014-01-21 physics.optics
Strong Off-Resonant Enhancement of Spontaneous Emission in Metal-Dielectric-Metal Plasmon Waveguide Structures
本文从理论上研究了金属-介质-金属平板和缝隙波导结构中光学偶极发射极的自发发射过程。我们发现，这两种结构表现出强烈的非共振发射增强由于两个金属板之间的模式的严格限制。表面等离子体激元-极化激元激发的大幅增强使得偶极发射能够优先耦合到等离子体激元波导模式中。这些结构在创建纳米级局部光源或在集成光学电路中产生引导单等离子体中找到应用。
2008-08-11 physics.optics
Mode conversion enhancement between silicon micro-slab and plasmonic nano-gap waveguides
研究了一种短的（~1.5μm）部分波纹锥形波导结构，用于光通信频率下硅微平板与等离子体纳米间隙波导的模式耦合。超过80%的传输效率是第一次报道数字。结果表明，波纹波导结构不仅有助于实现全片上硅等离子体器件，而且是增强介质波导到等离子体波导模式耦合的一种很好的选择。同时，我们指出，这里报道的耦合机制是不同的，通过激发表面等离子体激元极化（SPPs）在金属表面的报道[17]和[18]。
2013-04-01 physics.optics
Extremely local electric field enhancement and light confinement in dielectric waveguide
研究了具有角和间隙的介质波导中的局部电场增强和光限制现象。数值结果揭示了扇形波导顶点附近的局部电场增强现象。经典电磁场理论预测，场增强和约束能力随圆角半径（$r$）和间隙半径（$g$）的减小而增大，并对无穷小的$r$和$g$表现出奇异性。对于具有$r=g=10\,\mathrm{nm}$的实际参数，相对的顶点到顶点扇形波导的模式面积可以与$4\times10^{-3}A_{0}$（$A_{0}=λ^{2}/4$）一样小，远远超过衍射极限。这种突破衍射极限而没有损失的方式优于等离子体波导，其中光限制是以金属中巨大的固有损失为代价实现的。此外，我们提出了一种在绝缘体上硅波导上的介质蝶形天线结构，其场增强增加了一个数量级。这种无损耗的介电角隙结构提供了一种无需金属纳米结构就能增强光与物质相互作用的替代方法，在量子电动力学、传感器和纳米粒子俘获等领域有着广泛的应用前景。
2013-10-09 physics.optics
Stimulated Brillouin scattering enhancement in silicon inverse opal waveguides
硅是片上应用的理想材料，然而其较差的声学特性限制了其在重要的光声应用中的性能，特别是对于受激布里渊散射（SBS）。我们从理论上表明，硅反蛋白石表现出强烈改善的声学性能，提高体SBS增益系数超过两个数量级。我们还设计了一个波导，采用硅反蛋白石，并具有SBS增益值与硫系玻璃波导。这项研究为片上材料系统中的光声应用开辟了新的方向。
2016-08-17 physics.optics
Large second harmonic generation enhancement in SiN waveguides by all-optically induced quasi phase matching
集成光波导具有良好的二阶非线性特性，是获得小型、低功耗光信号处理器件的关键。氮化硅（SiN）在谐振结构和利用模间相位匹配的单程器件中显示出二次谐波产生（SHG）能力，这由波导设计定义。锂酸盐允许使用周期性极化的波导补偿相位失配，然而后者不可重新配置并且仍然难以与SiN或硅（Si）电路集成。在这里，我们展示了SiN波导中SHG的全光增强超过30 dB。我们证明了瓦级激光导致波导二阶极化率的周期性修改。所得到的二阶非线性光栅具有允许泵浦模式和SH模式之间的准相位匹配（QPM）的周期性。此外，改变泵浦波长或偏振更新周期，放松由波导几何形状施加的相位匹配约束。我们表明，光栅是长期刻在波导中，我们估计的第二阶非线性的顺序为0.3 pm/V，而达到1.8x10-6 W-1 cm-2的最大转换效率（CE）。
2017-01-11 physics.optics
Observations of Spontaneous Raman Scattering in Silicon Slow-light Photonic Crystal Waveguides
报道了硅光子晶体波导中自发喇曼散射的观测结果。报道了在六角晶格光子晶体硅薄膜中的单线缺陷波导中，连续波测量斯托克斯辐射的波长和功率依赖性。通过利用类TM模的布拉格间隙边缘色散进行泵浦增强和类TE基模的斯托克斯增强，观察到斯托克斯辐射在慢群速度区域增加了5倍。结果表明，硅光子晶体慢光波导器件中存在明显的非线性增强效应。
2008-07-22 physics.optics
Near-field enhancement by waveguide-plasmon polaritons in a nonlocal metasurface
本研究通过在颗粒晶格下方放置金属-介质平板波导激发耦合波导-等离激元极化激元，实现近场强度比单颗粒等离激元共振高80倍、比晶格共振高7倍的显著增强，为高效非局域光学超构表面设计提供新方法。
2024-06-01 physics.optics
Nanoscale Plasmonic Slot Waveguides for Enhanced Raman Spectroscopy
我们从理论上研究了几种类型的等离子体缝隙波导用于增强拉曼光谱中的测量信号，这是电场和Purcell因子增强的结果，以及光-物质相互作用体积和拉曼信号收集效率的增加。提出了一种直观的方法来计算累积的拉曼增强因子的一个合奏的分子在波导传感，利用分析光子格林函数展开的波导正常模式，我们结合这与量子光学形式主义的分子波导相互作用模型拉曼散射。我们随后展示了集成等离子体缝隙波导如何获得显著更高的拉曼增强因子：$\sim$ 5.3 $\times$与光流体光纤的比较以及$\sim$ 3.7 $\times$与平面集成电介质波导的比较，其中装置尺寸和因此分析物体积为至少三-我们还基于重要的品质因数提供了不同类型的等离子体缝隙波导之间的全面比较，并确定最佳方法以最大化拉曼增强。
2018-06-15 physics.optics
Light localization induced enhancement of third order nonlinearities in a GaAs photonic crystal waveguide
在GaAs光子晶体波导（PCW）中进行了非线性传输实验，结果表明，由于光在慢模区的传输，如双光子吸收（TPA）、光学克尔效应和TPA产生的自由载流子引起的折射率变化，三阶非线性会大大增强。已经建立了一个理论模型，显示出很好的定量协议与实验数据，并证明了群速度起着重要的作用。这些观察给一个强有力的洞察使用PCW的光开关器件。
2009-01-19 physics.optics
Impact of slow-light enhancement on optical propagation in active semiconductor photonic crystal waveguides
推导并验证了一组耦合布洛赫波方程，用于分析有源半导体光子晶体波导的反射和透射特性。在这样的器件中，慢光传播可以用于增强每单位长度的材料增益，例如，实现与光子集成兼容的短光放大器。耦合波分析相比，数值方法的基础上傅立叶模态法和频域有限元技术。材料增益的存在导致后向散射场的建立，这被解释为分布反馈效应或在无源-有源界面处的反射，这取决于所采取的方法。对于非常大的材料增益值，波导的能带结构被扰动，并从简单的耦合布洛赫波模型的偏差被发现。
2015-08-21 physics.optics
Unravelling the role of waveguide-plasmon strong coupling, avoided crossing and natural weak value amplification on the enhanced Faraday effect in hybrid magneto-plasmonic systems
磁等离子体激元混合系统中磁光效应的增强由于其构建非互易纳米光子器件的潜力而引起了最近的广泛关注。定量地了解增强的基本来源和贡献机制对于优化应用至关重要。在这里，我们解开的法拉第旋转和椭圆率的巨大增强的混合磁等离激元系统，即，波导磁等离激元晶体与横向电（TE）和横向磁（TM）偏振光激发的明显不同的物理起源。在TE偏振激发下，表面等离子体激元不被直接激发，由于Fano共振的谱域干涉而出现的法拉第效应的自然弱值放大是增强的主要原因。对于TM偏振激发，另一方面，波导-等离子体激元强耦合及其避免交叉的普遍表现起着有趣的作用，导致在避免交叉制度中的磁光效应的最大增强。
2022-12-21 physics.optics
Erbium-implanted tellurite waveguides with low-temperature post-implantation activation and signal enhancement
McMaster University（麦克马斯特大学）
该研究制备掺铒碲酸盐混合波导，经低温退火优化性能，实现传输损耗降低、铒寿命提升及9dB信号增强，为集成光子学低温离子注入工艺提供进展。
2026-08-19 physics.optics
Broadband field enhancement and giant nonlinear effects in terminated unidirectional plasmonic waveguides
单向波在非互易结构中的传播使得以极端方式控制和增强波-物质相互作用的机会令人兴奋。在这种情况下，在这里，我们调查的可能性，使用终止单向等离子体波导，以提高通常弱的非线性效应的数量级。我们从理论上证明显着水平的电场增强和限制（场热点）时，单向波导结构终止与一个合适的边界，完全停止单向模式。这样一个大的场增强，起源于一个非共振效应，是从根本上不同的窄带场集中效应的共振等离子体结构。相反，它类似于等离子体锥体的宽带响应，但不需要任何绝热阻抗匹配。我们表明，这种效应确实可以导致非线性光-物质相互作用的大幅提升，例如三次谐波产生效率提高了几个数量级，这对几个应用程序具有重要意义。更广泛地说，我们的研究结果显示了极端非互易配置增强波-物质相互作用的潜力。
2020-08-06 physics.optics
Enhancement of the photon pair generation rate by spontaneous four-wave mixing in bent waveguides
本研究针对非线性光学效应增强需求，提出通过弯曲波导利用模场局域化提升有效非线性，在适中弯曲半径下实现光子对产生速率5%-270%的提升，为集成量子光子器件设计提供新思路。
2024-07-15 physics.optics
Omnidirectional field enhancements drive giant nonlinearities in epsilon-near-zero waveguides
具有接近于零的相对介电常数$\varepsilon$的块体材料表现出巨大的克尔非线性。然而，利用导波几何形状中的这种响应并不简单，这是由于ε近零材料的极端和违反直觉的性质。在这里，我们调查，通过严格计算的克尔非线性系数，如何显着的非线性特性，这些材料可以利用在几种不同类型的结构，包括散装薄膜，等离子体纳米线，和金属纳米孔。我们发现，当模式面积和群速度同时最小化时，对应于全向场增强，克尔非线性响应最大。开发的物理见解将是理解和工程非线性纳米光子系统与极端非线性的关键，并指向新的设计范式。
2020-09-08 physics.optics
Background-penalty-free waveguide enhancement of CARS signal in air-filled anti-resonance hollow-core fiber
本文研究了空气填充反共振空芯光子晶体光纤中的相干反斯托克斯拉曼光谱。我们比较的振动相干反斯托克斯拉曼信号的N $_2$，在2331厘米$^{-1}$，在环境空气中产生的（没有纤维存在），在一个2.96厘米的旋转光纤中产生的。我们发现，由于增加了相互作用路径，在光纤中产生的信号增强了170倍。值得注意的是，在旋转光纤中获得的N $_2$信号显示出近零的非共振背景，这是由于激光场和光纤包层之间的重叠接近零。通过我们的研究，我们发现旋转光纤的特性使其成为一个理想的候选人的相干拉曼光谱信号增强。
2022-06-23 physics.optics
Dispersion-induced $Q$-factor enhancement in waveguide-coupled surface lattice resonances
本文利用强色散介质显著减小高 $Q$ 因子超表面的阵列尺寸，通过理论和数值研究嵌入 Bragg 反射器波导的等离激元纳米颗粒周期阵列，在阵列尺寸减小两个数量级的同时仍实现超过 10$^4$ 的超高 $Q$ 因子。
2024-06-26 physics.optics
Deep UV plasmonic enhancement of single protein autofluorescence in zero-mode waveguides
单分子检测提供了关于分子结构和功能的详细信息，但它通常需要荧光标记物的存在，这可能干扰靶分子的活性或使样品生产复杂化。利用其天然的UV自发荧光检测单个蛋白质是避免与荧光标记相关的所有问题的有吸引力的方法。然而，来自单个蛋白质的UV自发荧光信号通常非常弱。在这里，我们使用铝等离子体增强色氨酸自发荧光发射的单个蛋白质在紫外范围内。零模式波导纳米孔能够观察单个无标记的β-半乳糖苷酶蛋白的UV荧光，具有增加的亮度、微秒通过时间和微摩尔浓度下的操作。我们展示了在宽范围的零模波导直径的局部浓度，扩散系数和流体动力学半径的无标记的蛋白质的定量测量。虽然等离子体荧光增强已经在光谱的可见光和近红外部分产生了巨大的兴趣，但这项工作进一步将等离子体增强的单分子检测的限制推到了UV范围内，并且构成了我们在生理浓度下询问其天然状态下的单蛋白质的能力的重要一步。
2019-09-18 physics.optics
All-optical switching, bistability, and slow-light transmission in photonic crystal waveguide-resonator structures
我们分析了光子晶体波导与克尔非线性光子晶体谐振腔的线性和非线性共振传输。首先，我们扩展了标准的耦合模理论分析，光子晶体结构，并获得明确的双稳态阈值和传输系数的解析表达式，提供了详细了解与这些结构的可能性的基础。接下来，我们讨论了标准的耦合模理论的局限性，并提出了一种替代的分析方法的基础上，使用格林函数法推导出的有效的离散方程。我们发现，离散性质的光子晶体波导允许一种新的，几何驱动的增强非线性效应，通过移动谐振器的位置相对于波导，从而提供了一个额外的控制谐振波导传输和法诺谐振。我们进一步证明，这种增强可能会导致降低的双稳阈值和开关功率的非线性器件的几个数量级。最后，我们表明，采用这样的增强是至关重要的慢光光子晶体波导的全光器件的设计。
2006-05-18 physics.optics
Surface plasmon enhancement of spontaneous emission in graphene waveguides
本工作分析了放置在石墨烯波导附近的单个发射极的自发发射，所述石墨烯波导由两个平行的石墨烯单层形成，具有绝缘体间隔层。在这种情况下，由结构支持的本征模，例如表面等离子体激元和波导模，为靠近波导放置的电偶极子提供衰减通道。我们计算了对称和反对称本征模的衰减率作为频率和发射器的方向的函数的贡献。结果表明，由于导模激发引起的自发发射的变化远小于对称和反对称表面等离子体激发引起的相应衰减，从而显著增强了自发发射.作为石墨烯波导中表面等离子体激元的高限制的结果，我们发现，在表面等离子体激元模式存在的整个频率范围内，具有垂直取向（相对于石墨烯片）的发射器的衰减速率是具有平行取向的相同发射器的相应衰减的两倍。从金属-介电结构（其中结构参数决定这种发射的范围和幅度）来看，我们的工作表明，通过动态地调整石墨烯的化学势，可以在很宽的范围内选择衰减速率增强的光谱区域。
2016-09-13 physics.optics
Theory of topological insulator waveguides: polarization control and the enhancement of the magneto-electric effect
拓扑绝缘体的时间对称性破坏扰动的预测显示磁电效应，导致电和磁感应场混合在材料的表面。这种效应在垂直于多层结构的入射平面偏振光中引起每个界面约1-10 mrad的偏振旋转。在这里，我们表明，理论和数值计算，使用波导的几何形状与拓扑绝缘体引导层和电介质包层，它是可能的，以实现旋转之间的~100-1000毫拉德，并产生一个椭圆偏振只有一个三层结构。旋转角和椭圆率都依赖于导层和包层的介电常数对比度以及时间对称性破缺扰动的强度。这种几何形状是有益的，不仅作为一种增强磁电效应的方式，使其更容易观察，而且作为一种控制下一代光子器件中光偏振的方法。
2015-10-21 physics.optics
Doubly resonant enhancement of second-harmonic generation with in-plane phase matching in plasmonic metasurfaces on an AlInP slab waveguide
Department of Applied Physics, Aalto University（阿尔托大学应用物理系）；Engineered Nanosystems Group, Aalto University（阿尔托大学工程纳米系统小组）
研究在AlInP平板波导上的等离子体超表面中，通过高Q导模共振的面内相位匹配增强二次谐波产生。采用金纳米盘周期性阵列的混合超表面，实验和模拟表明双共振条件下二次谐波增强，为实现高效超表面频率转换器提供策略。
2026-07-10 physics.optics
Engineering of directional emission from photonic crystal waveguides
我们通过时域有限差分数值方法分析了几种通过Moreno等人[Phys.Rev.E69，121402（R）（2004）]最近预测的聚束效应来增强光子晶体波导的定向发射的方法，这些方法通过工程化光子晶体表面的表面模式和折射率来实现。我们证明，可以通过增加表面层的折射率来实现发光的大幅增强。我们还测量了表面模的功率和反射功率，证实了定向发射的增强与光子晶体表面模的操纵有关。
2004-07-25 physics.optics
Enhanced stimulated Raman scattering in slow-light photonic crystal waveguides
首次研究了慢光绝缘体上硅（SOI）光子晶体线缺陷波导中受激喇曼散射的增强。通过将Bloch-Floquet公式应用于平面光子晶体中的导模，我们建立了一种将下移Stokes信号的强度与泵浦强度和模群速度联系起来的公式。然后将该方法应用于慢光光子晶体波导中增强受激喇曼产生的两种方案。结果表明，相对于SOI沟道波导，最大增强因子为10^4（66，000）。本文还讨论了双光子吸收、本征散射和无序对光泵硅放大器和激光器慢光喇曼效应的影响。
2005-12-14 physics.optics
Graphene oxide for enhanced nonlinear optics in low and high index contrast waveguides and nanowires
我们证明了增强的四波混频（FWM）在掺杂氧化石墨烯（GO）层集成的二氧化硅波导。由于集成波导和具有高克尔非线性和低损耗的GO膜之间的强模式重叠，混合集成波导的四波混频效率显著提高。我们对不同的泵浦功率、波长失谐、GO涂层长度和GO层数进行了四波混频测量。我们的实验结果表明，与理论吻合良好，实现了高达9.5 dB的提高，在四波混频转换效率为1.5厘米长的波导集成2层的GO。我们从理论上表明，对于不同的波导几何形状的四波混频效率的提高~ 20 dB，可以得到在掺杂的二氧化硅波导，和超过30 dB的硅纳米线和槽波导。这证明了将GO膜引入到集成光子器件中以增强非线性光学过程的性能的有效性。
2018-11-07 physics.optics
Enhancement of transmission quality in soliton-based optical waveguide systems by frequency dependent linear gain-loss and the Raman self-frequency shift
研究了具有弱线性增益损耗、立方损耗和延迟拉曼响应的孤子型非线性光波导中的传输稳定性。我们通过数值模拟与扰动的非线性薛定谔传播模型，传输质量与频率无关的线性增益和立方损耗的波导没有改善延迟拉曼响应的存在，由于缺乏一个有效的机制抑制辐射发射。与此相反，我们发现，延迟拉曼响应的存在导致显着增强的传输质量的波导与频率相关的线性增益损耗和立方损耗。在后者的波导中的传输质量的增强是通过分离的孤子的光谱从辐射的光谱由于拉曼诱导的自频移和有效的抑制辐射发射由于频率相关的线性增益-损耗。进一步的数值模拟表明，在具有频率相关的线性增益-损耗、立方损耗和延迟拉曼响应的波导中的传输质量的增强类似于在具有线性增益、立方损耗和具有变化的中心频率的引导滤波器的波导中的传输质量的增强。
2018-04-09 nlin.PS physics.optics
Quasi-phase-matched high harmonic generation in corrugated micrometer-scale waveguides
对亚微米周期波纹波导的高次谐波产生进行了数值研究。在波纹附近的等离子体激元场增强允许使用低泵浦强度。同时，周期性放置的波纹导致准相位匹配和相应的高谐波效率的增加。对波导结构进行了优化，并利用（1+1）维数值模型分析了所得的光谱。
2016-09-02 physics.optics
Anomalous optical coupling between two silicon wires of a slot waveguide in epsilon-near-zero metamaterials
提出并证明了嵌入ε-近零（ENZ）超材料的硅缝隙波导中两硅线之间的反常光耦合特性。详细研究了缝隙区域的光场增强和横向光力与缝隙尺寸和周围介质介电常数的关系。结果表明，由于硅线与ENZ超材料缝隙界面处的巨大折射率对比，缝隙区域的光场得到了显著增强，但硅线之间的光模耦合大大降低，横向光力被抑制到几乎为零.此外，设计了金属-介质多层结构，在缝隙区域实现ENZ超材料，以实现电场增强。
2013-08-27 physics.optics
Fundamental limitations to gain enhancement in periodic media and waveguides
补偿光学纳米结构中的损耗的常见策略是在系统中添加增益材料。通过利用慢光效应，预期增益可以增强超过其体值。在这里，我们表明，这条路线不能不加批判地遵循：列入增益不可避免地修改了基本的色散定律，从而可能会降低慢光性能的设备操作和预期的增益增强本身。这种退化是一般性的;我们针对当前感兴趣的三种不同系统（耦合谐振器光波导、布拉格叠层和光子晶体波导）来证明它。然而，少量的增加的增益可能是有益的。
2012-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broadband localization of light at the termination of a topological photonic waveguide
本文实验证明在拓扑光子波导的设计终端处，通过近保持谷自由度抑制背向散射，可在不破坏时间反演对称性的情况下实现宽带光局域增强。
2025-01-02 physics.optics
Surface Polariton-Like s-Polarized Waveguide Modes in Switchable Dielectric Thin-Films on Polar Crystals
表面声子极化激元（SPhP）和表面等离子体激元（SPP），由具有负介电常数的介质支持的倏逝模，是纳米光子学的基本构建块。这些模式在场增强和空间限制方面是不匹配的，并且可以例如通过采用相变材料（PCM）来实现动态全光控制。然而，平面结构中表面极化激元的激发本质上限于p-极化。相反，高介电常数薄膜中的波导模式可以耦合到p-和s-偏振光，并且在薄膜中，它们的限制可以变得与表面极化激元相当。在这里，我们证明了在薄的Ge $_3$ Sb $_2$ Te $_6$（GST）膜中的s偏振波导模式具有与碳化硅（SiC）衬底的SPhP模式类似的色散、约束和电场增强，同时甚至扩展了允许的频率范围。此外，我们的实验表明，切换GST膜授予非挥发性控制SPhP和波导模式色散。我们提供了一个分析模型的GST/SiC波导模式的描述，并表明我们的概念是适用于各种各样的极性晶体在整个红外光谱范围。因此，作为对偏振限制表面极化激元的补充，s偏振PCM波导模式构成了用于纳米光子应用的有前景的附加构建块。
2019-06-25 physics.optics
Electromagnetic Field Enhancement in Bloch Surface Waves
我们对平板波导支持的导模和在截断周期多层膜表面传播的布洛赫表面波（BSW）进行了系统的比较。我们发现，与普遍的看法相反，最好的表面场增强可实现的平板波导中的导模是观察到的BSW。在同一时间，我们证明，如果有兴趣在一个通用点的电介质平面结构的电磁能量密度最大化，BSW通常是最好的模式，其中光被限制唯一的全内反射。由于这些结果与波长无关，并且是通过考虑结构组成材料的非常宽的折射率范围而获得的，我们相信它们可以证明有助于未来结构的设计，以控制和增强光-物质相互作用。
2017-07-25 physics.optics
Giant Gain Enhancement in Surface-Confined Resonant Stimulated Brillouin Scattering
受激布里渊散射（SBS）主要由体材料性质定义的概念已被最近对纳米波导的研究所推翻。现在可以理解，在这种高度受限的波导中出现的辐射压力和电致伸缩的边界力可以对布里渊增益做出显著贡献。在这里，这个概念被扩展到显示，增益增强不需要纳米级或亚波长的功能，但通常出现在光场和声场同时限制在自由表面或材料界面附近。这种情况经常发生在回音壁谐振器（WGR）中，使得增益增强比以前认为的更容易实现。为了说明这一概念，第一个全矢量的分析模型SBS在WGR的开发，包括光学边界力，和SBS增益在常见的二氧化硅WGR的几何形状计算评估。这些结果预测，增益$10^4$倍以上的标量理论的预测可能会出现在WGR，甚至在100微米的尺寸范围。此外，梯形横截面微盘可以表现出非常大的SBS增益，接近$10^2$ m $^{-1}$ W $^{-1}$。在包括谐振放大的情况下，可以实现数量级为$10^{12}$ m $^{-1}$ W $^{-1}$的极端增益，其比线性波导系统中的最高预测增益大$10^8$倍。
2015-09-24 physics.optics
Enhancement of a silicon waveguide single photon source by temporal multiplexing
单光子的有效产生是构建光子量子技术的关键挑战之一，如量子计算机和长距离量子网络。光子源多路复用-其中成功的对产生是由一个光子的检测预示，其伙伴被路由到单模输出-长期以来一直被认为提供了一个具体的解决方案，随着损耗的减少，输出概率趋于统一。在这里，我们提出了一种基于硅波导和低损耗光纤开关和环路架构的时间复用集成单光子源，它实现了增强的单光子输出概率的$4.5 \pm 0.5$，同时保留$g^{(2)}(0) = 0.01$。
2022-07-06 physics.optics quant-ph
Effect of a weak longitudinal modulation in refractive index on transverse localization of light in 1D disordered waveguide lattices
我们报道了在无序波导晶格中存在弱的折射率纵向调制时，光的横向局域化效应的增强。在我们所选择的晶格中，沿长度方向的隧穿抑制有利于实现无衍射传播，同时存在横向无序。研究结果将有助于调整无序阈值以实现局域光。
2012-10-11 physics.optics
Cutoff-cladding waveguides: Subdiffraction guided modes near cutoff
我们提出了一类工作在截止附近的波导，使得电磁能量主要被束缚在包层而不是介质芯上，以实现光的亚衍射限制。包层结合了交替堆叠的薄膜，其表现出单轴形式的双折射，有效主介电常数之间具有高对比度。与传统的电介质波导相比，所提出的波导的基模的有效模态长度对于小于照明波长的二十分之一的芯厚度以慢得多的速率发散，并且与等离子体波导可获得的有效模态长度相当。所提出的波导可以被利用的重要应用，如光电集成，和基模表现出一个接近均匀的空间场分布可能允许位置无关的自发发射增强效应。
2014-12-03 physics.optics
Chiral excitation and effective bandwidth enhancement in tilted coupled optical waveguide lattices
光从侧面耦合到波导晶格的光波导逃逸提供了一维腔阵列中受激二能级原子的自发发射过程的光子模拟。根据费米黄金法则，当原子共振频率落在晶格的阻带中时，衰变过程被阻止，而时间反演对称性确保自发发射的光子具有相等的概率在阵列的相反方向上传播。当量子发射体以恒定速度沿着晶格漂移时，这种情况会发生巨大变化。在波导光学模拟中，原子漂移是通过引入波导轴相对于晶格轴的轻微几何倾斜来模拟的。在这种设置中，阵列中的光激发是手性的，即光在晶格的优选方向上传播，并且即使波导远离紧束缚晶格带失谐也允许耦合。
2020-11-23 physics.optics quant-ph
Theory of Slow Light Enhanced Four-Wave Mixing in Photonic Crystal Waveguides
精确推导了光子晶体波导中的四波混频方程。慢光增强的色散性质，布洛赫模式整形的影响，因此考虑到的非线性重叠积分和张量性质的三阶偏振。数值计算揭示了与简单模型的实质性差异，随着群速度的降低而增加。我们预测，如果泵浦功率超过1 W，则1.3 mm长的未优化GaInP波导的增益将超过10 dB。
2010-06-10 physics.optics
Ultra-subwavelength focusing and giant magnetic-field enhancement in a low-loss one-way waveguide based on remanence
基于表面等离子体激元（SPP）的亚波长聚焦在锥形金属结构中得到了广泛的研究。然而，能量局部化的效率相对较弱，主要是由于高传播损耗和强背反射。在这里，我们提出了一个直锥形的三维（3D）的单向表面磁等离子体（SMP）波导与结束表面的$\sim 10^{-4}λ_0 \times 10^{-4}λ_0$，以实现能量集中在微波制度。由于SMP的低传播损耗，我们在这样的超亚波长区域实现了巨大的磁场增强，增强了五个数量级。而不是使用外部静态磁场，我们提出的SMP波导依赖于剩磁，这是非常方便的操作实际的3D应用。这些结果在磁场增强或猝灭荧光、二维材料的发光或非线性、新型扫描近场微波显微镜和能量存储等方面显示了广阔的应用前景。
2019-09-20 physics.optics physics.plasm-ph
Enhancement and inhibition of light tunneling mediated by resonant mode conversion
该研究提出利用微小纵向周期调制激发多模波导本征模的共振转换，通过高阶模重叠显著调控相邻波导间的光隧穿速率。
2014-01-10 nlin.PS physics.optics
Simulation of silicon ridge waveguide enhanced two-photon absorption from femtosecond pulses
该研究通过二维FDTD仿真，模拟了50飞秒脉冲在硅脊形波导中的双光子吸收，发现模式限制显著增强了能量吸收。
2025-06-22 physics.optics
Experimental Measurement of Enhanced Group Delay Silicon Photonic Waveguides Indicative of the Frozen Mode Regime Around the Stationary Inflection Point
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）；University of Dayton（代顿大学）；UES, a BlueHalo company（UES（BlueHalo旗下公司））
本研究通过实验测量展示了硅光子波导在冻结模式区域的增强群延迟特性，并分析了模型扰动对测量结果的影响。
2025-12-18 physics.optics
Resonant enhancement of second harmonic generation in 2D nonlinear crystal integrated with meta-waveguide: analytical vs numerical approaches
本文建立了解析理论，研究二维非线性晶体与介电超表面波导混合结构中泄漏模式和准BIC共振对二次谐波产生的增强机制，揭示其效率限制因素并阐明二次谐波衍射光束的非局域起源。
2025-11-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhancing the robustness of coupling between a single emitter and a photonic crystal waveguide
我们提出了一个启发式的数学模型之间的关系的几何形状的光子晶体波导和Purcell增强因子在特定的波长的兴趣。我们使用这个模型提出的方法来设计的光子晶体波导最大限度地提高在目标波长的Purcell增强。数值模拟表明，所提出的结构具有鲁棒性的制造缺陷引入到光子晶体的几何形状。
2022-10-13 physics.optics quant-ph
Broadband enhancement of light harvesting in luminescent solar concentrator
发光太阳能聚光器（LSC）可以吸收大面积入射的太阳光，然后发出高量子效率的光，最后被小型光伏（PV）系统收集。PV系统的集光面积比LSC系统的集光面积小得多，有可能提高太阳能电池的效率并降低成本。在这里，基于费米黄金法则，我们提出了一个理论描述的发光过程中，传统的射线光学模型不再适用的纳米LSC。作为一个例子计算与这个新的模型，我们证明了一个槽波导组成的纳米尺寸的低折射率槽区域夹在两个高折射率区域提供了一个宽带增强光捕获的发光中心在槽区域。这是因为缝隙波导可以（1）极大地增强由于珀塞尔效应引起的自发发射，（2）显著地增加发光中心的有效吸收截面，以及（3）极大地提高发光中心的量子效率。研究发现，即使在发光量子效率为0.5的情况下，仍有约80%的太阳光子最终转化为波导耦合发光光子。这种LSC有可能构建一个串联结构，可以吸收几乎全光谱的太阳光子，也可能是特别感兴趣的建筑集成纳米光伏应用。
2011-06-14 physics.optics
Effective Absorption Enhancement in Small Molecule Organic Solar Cells by Employing Trapezoid Gratings
我们证明了在小分子有机太阳能电池中采用梯形光栅结构可以增强光吸收。用时域有限差分法模拟了波导模和表面等离子体模对吸收的增强作用。模拟结果表明，周期性梯形光栅的引入激发了金属银阳极表面的等离子体激元，在施主层中产生了高强度的场增量。同时，波导模式在受主层中产生高强度场。电场的增加显著提高了有机太阳能电池的吸收，这一点已经通过模拟电学特性得到了证实。仿真结果表明，优化后的器件短路电流提高了31%，这与实验测量结果相吻合。实验得到的光栅样品的功率转换效率提高了7.7%。
2013-07-19 physics.optics
Non-trivial scaling of self-phase modulation and three-photon absorption in III-V photonic crystal waveguides
研究了双光子吸收受抑制的光子晶体波导的非线性响应。群速度的适度降低（~ c/6 ~ c/15，系数为2.5）会导致三光子吸收的显著增强（30倍），远远超出预期的比例，与1/（vg）^[3]成正比。这种非平凡的缩放的有效非线性系数的结果从脉冲压缩，这进一步增强了光场超越纯粹的慢群速度相互作用。这些观测是在毫米长的慢光光子晶体波导中实现的，这是由于强的反常群速度色散和正啁啾。我们的数值物理模型与测量结果非常吻合。
2009-11-24 physics.optics
Wavelength Conversion Efficiency Enhancement in Modal Phase Matched $χ^{(2)}$ Nonlinear Waveguides
模式相位匹配（MPM）是一种广泛应用于$_x$-$_{1-x}$ As和其他$χ^{(2)}$非线性波导中的相位匹配技术，用于高效的波长转换。非基本空间模式的使用补偿了材料色散，但也减少了三个相互作用的波的空间重叠，因此限制了转换效率。在这项工作中，我们开发了一种技术，通过修改材料的非线性增加非线性重叠，而不是传统的方法优化模态场分布。这可以消除MPM固有的低空间重叠的限制因素，并显著提高转换效率。在所提供的设计示例中，该技术可以在Al $_x$ Ga $_{1-x}$ As波导中将转换效率提高高达$\sim$ 290倍。我们进一步表明，这种技术是适用于所有的$χ^{(2)}$材料系统，利用MPM波长转换。
2021-12-28 physics.optics quant-ph
Enhancement of the indistinguishability of single photon emitters coupled to photonic waveguides
实现大规模量子光子学的主要步骤之一是将单光子源（SPS）与光子集成电路（PIC）集成在一起。为此目的，PIC应提供有效的光耦合和光子不可吸收性的高度保持。因此，通过波导设计来优化不可逆性是特别相关的。在这项工作中，我们已经开发了一个分析模型来计算的耦合和不可逆性的一个理想的点源量子发射器耦合到光子波导取决于源的方向和位置。该模型已通过时域有限差分（FDTD）模拟显示一致的结果进行了数值评估。当发射器嵌入波导的中心时实现最大耦合，但有些令人惊讶的是，当发射器放置在波导的边缘时，最大不稳定性出现，在该边缘处，由于表面不连续性，电场更强。
2021-03-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Hybrid gap modes induced by fiber taper waveguides: application in spectroscopy of single solid-state emitters deposited on thin films
我们表明，通过模拟，光纤锥形波导可以是一个有效的工具，用于光致发光和谐振，消光光谱的单个发射器，如分子或胶体量子点，沉积在薄的电介质膜的表面上。放置在高折射率膜上，锥形光纤波导引起混合模式波的形成，类似于介电开槽波导模式，其在低折射率间隙区域中提供强场限制。这种间隙限制波的可用性产生潜在的高自发发射增强因子（$\approx20$）、荧光收集效率（$\approx 23%$）和透射消光（$\approx 20%$）水平。预测的荧光和消光水平的两个改善的因素，如果膜，而不是用一个悬浮的通道波导。两种配置，在可见光（$\approx 600 \nm$）和近红外（$\approx 1300 \nm$）光谱范围内的操作进行了评估，表现出类似的性能。
2010-02-19 physics.optics
