Switching management in couplers with biharmonic longitudinal modulation of refractive index
我们解决了光在耦合器中的传播与纵向双谐波调制的折射率在相邻的通道。虽然最简单的单频异相调制允许抑制严格定义的一组谐振频率的耦合,但是在多个频率上添加调制显著地修改了谐振的结构。因此,对倍频的附加调制可以抑制主共振,而对三频的调制导致主共振和次共振的融合。
2009-10-14 nlin.PS physics.optics
Variational approach to study solitary waves in $\mathcal{PT}$-symmetric nonlinear couplers
通过变分分析,研究了具有克尔非线性的$\mathcal{PT}$对称定向光纤耦合器中的孤波及其开关动力学。我们分析的基本开关特性的$\mathcal{PT}$对称克尔耦合器在皮秒的时间尺度考虑耦合模方程的未扰动的非线性薛定谔方程,我们比较其传统的对应。高阶扰动(脉冲内拉曼散射,自陡,和三阶色散)的影响进行了详细研究,在飞秒时间尺度。在所有的情况下,变分法成功地预测每个数值观察到的开关特性。我们的半解析处理有可能提供物理的洞察复杂的开关动力学在各种非线性耦合器配置从不同的物理领域。
2022-06-19 nlin.PS physics.optics
Nonlinear performance of asymmetric coupler based on dual-core photonic crystal fiber: towards sub-nanojoule solitonic ultrafast all-optical switching
在亚纳焦脉冲能级下,利用超快孤子实现了高非线性光子晶体光纤中双芯非对称性的非线性平衡。通过在1500 nm和1800 nm之间的不同波长下选择性地激发和监测单个光纤芯,实验研究了光纤不对称性的影响。基于耦合广义非线性薛定谔方程的数值模拟结果表明,在快芯激发条件下,由于时间孤子的非线性不对称平衡,能量向非激发芯的转移率较高.此外,模拟结果与实验获得的输出双芯消光比对激发能和波长的依赖关系定性对应。在1800 nm快速芯激发的情况下,以23 dB的对比度记录了输出通道之间的窄带光谱强度切换。这种开关是通过改变亚纳焦区的激发脉冲能量实现的。详细分析了双芯非对称性在孤子传输过程中的非线性平衡,为超快非线性全光开关器件的发展开辟了新的前景。
2019-12-13 physics.optics
Nonlinear switching of low-index defect modes in photonic lattices
我们研究了周期性光晶格中两个低折射率缺陷通道间的非线性信号转换。与引导机制是全内反射或折射的常规定向耦合器相比,在这种布拉格型耦合器中,引导是光子带隙起源的。低折射率耦合器中的耦合长度由晶格参数和沟道间距控制。在非线性区域,布拉格型耦合器表现为全光开关,对于聚焦和散焦非线性,其开关功率表现出显著的差异。
2008-06-17 nlin.PS physics.optics
Switching dynamics of femtosecond solitons in parity-time-symmetric coupled optical waveguides
我们报告了一个详细的研究孤子转向动力学的奇偶时间对称定向耦合器在飞秒域,这需要纳入高阶微扰效应,如三阶和四阶色散,自陡峭,和脉冲内拉曼散射。在高增益/损耗的情况下,所有这些效应的组合被发现可以稳定孤子脉冲在耦合器中的演化,而不是无扰演化的混沌行为。这项工作表明,有效的孤子转向可以实现在非常低的临界功率和相对较高的增益/损耗,即使在飞秒政权。
2022-10-01 nlin.PS physics.optics
Design of a hybrid silicon-plasmonic co-propagant integrated coherent perfect absorber
通过等离子体激元和介质波导概念的混合集成,它表明,相干的完美吸收可以实现在共传播耦合器的几何形状。该设备有望用于经典和量子信号处理。首先,在更一般的2x2有损耦合器形式主义的上下文中详细描述所提出的设备的操作原理。然后,它示出了如何调整的设备在一个广泛的区域可能的工作点,其宽带操作,以及制造的不确定性的容忍度。最后,一个完整的图片内的混合结构的电磁模式进行了分析,发光的潜力,建议的设备持有鉴于其他应用,如非线性光学,偏振控制和传感。
2015-12-16 physics.optics
Shortcut to Adiabatic Passage in a Waveguide Coupler with Allen-Eberly scheme
我们提出了一种利用绝热通道的定向耦合器,用于具有组态依赖的Allen-Eberly方案的二能级原子系统。耦合器采用了最近发展起来的绝热通过法(STA)的捷径,该方法采用无跃迁量子驱动算法。研究表明,利用STA可以在保持功率传输效率100%的前提下,显著减小器件长度,并且与绝热方法相比,在功率切换的鲁棒性和保真度方面具有更大的优势。
2015-02-27 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Periodic orbits, basins of attraction and chaotic beats in two coupled Kerr oscillators
克尔振荡器是在非线性光学中有实际应用的模型系统。光学克尔效应,即光波与具有极化率$χ^{(3)}$的非线性介质的相互作用,是解释例如光纤和光学耦合器中的光传输过程所需的基本现象。在本文中,我们分析了两个克尔振荡器耦合器,我们表明,有可能控制这个系统的动力学,特别是通过切换其动力学从周期到混沌运动,反之亦然。此外,两个不同的稳定周期状态之间的切换进行了研究。系统的稳定性由参数空间中的所谓的李雅普诺夫指数映射来描述。比较了两个克尔耦合器和单个克尔系统的吸引盆。
2011-02-23 nlin.CD physics.optics
Electronic controllable broadband and robust terahertz surface plasmon-polaritons switch based on hybrid ITO waveguide coupler
表面等离子体激元-极化激元(SPPs)开关是光计算和太赫兹(THz)通信集成器件的关键器件。本文提出了一种基于量子工程的THz表面等离子体光开关的设计方案。由于相干量子控制技术的鲁棒性,我们的开关对几何参数的扰动非常鲁棒,并在0.5 THz到0.7 THz的开态(和关态)呈现出良好的性能。我们的器件的通断状态可以通过外部电压来控制。我们相信,这一发现将是集成光学计算和太赫兹通信的巨大进步。
2021-01-08 physics.optics
Dynamics of higher-order solitons in regular and PT-symmetric nonlinear couplers
在非线性双芯耦合器及其PT对称模型下,研究了对称和反对称2-孤子和3-孤子的动力学行为。在PT对称系统中,当平衡增益和平衡损耗作用于两个核时,确定了系统的稳定性边界,得到了注入扰动对称和反对称N孤子收敛到对称和非对称准孤子的区域.值得注意的是,在所有的情况下,反对称2-孤子输入的稳定区域大于对称的对应物,相反,以前已知的结果为基本孤子(N=1)。研究了注入到耦合器单芯中的2孤子的动力学状态(开关)。特别是,分裂成一对对称孤子的输入区域被发现,这被解释为2-孤子的振动和耦合器中的两个芯之间的能量振荡之间的共振的表现。
2012-07-17 nlin.PS physics.optics
Broadband soliton microcombs in the biological window enabled by a resonant coupler
Peking University(北京大学);Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院物理研究所)
本文提出一种基于谐振耦合器的氮化硅光孤子微梳,可在数十毫瓦泵浦功率下产生930-1380nm、98GHz间距的宽带光谱,实现热稳定单孤子态,为生物窗口应用提供紧凑低功耗微梳光源。
2026-10-12 physics.optics
Break the efficiency limitations of dissipative Kerr soliton using nonlinear couplers
本文提出利用非线性耦合器通过非线性能量转换间接维持耗散克尔孤子,实现功率自适应有效耦合率并匹配系统总耗散,突破传统泵浦方法的效率限制,在氮化铝微环中预测转换效率超过90%。
2022-03-16 physics.optics
Ultrafast all-optical switching via coherent modulation of metamaterial absorption
我们报告的演示飞秒全光调制器提供,没有非线性,因此在任意低强度,超快的光由光控制。该器件利用光波在厚度仅为30 nm的超材料纳米结构上的相干相互作用,有效地控制近红外(750-1040 nm)飞秒脉冲的吸收,提供接近3:1的开关对比度,调制带宽超过2 THz。这里所示的功能范例打开了一个家庭的新的元器件在相干网络中的超快速光学数据处理的路径。
2014-03-11 physics.optics
All-optical switching based on soliton self-trapping in dual-core high-contrast optical fibre
对一种新型双芯光纤中基于孤子自陷的超快非线性定向耦合器的性能进行了系统的数值研究。所考虑的高度非线性光纤结构是由一个真正的,有意开发的软玻璃对高折射率对比度在0.4的水平,在近红外。数值研究了皮焦级飞秒脉冲的非线性传输,目的是确定最佳的开关性能的输入参数空间为1400 - 1800 nm的激发波长,和75 - 150 fs的脉冲宽度,分别。对于每一个组合的激发波长和脉冲宽度,开关能量连同最佳的光纤长度被确定和它们的关系的输入和开关参数进行了讨论。在1500 nm激发波长和75 fs脉冲宽度的组合下,考虑43 mm的光纤长度,超短孤子的时间窗口中的最高开关对比度为46 dB。这些结果表示从切换对比度和切换能量的角度来看都有显著的改善,与先前公布的空气玻璃双芯光子晶体光纤的情况相比,其仅在20 pJ的水平。此外,没有包层微结构的更简单的光纤设计以及全固体方法有望改善双芯对称性,因此提供了成功实现低功率、紧凑且简单的开关装置的高可能性。
2019-12-12 physics.optics
All-optical switching via coherent control of plasmon resonances
基于量子光学中\textit{Enhancement of Index of Refraction}(EIR)效应的等离子体模拟,从理论和实验上证明了一种新的超快全光开关机制。在量子光学EIR中,原子系统通过相干和量子干涉呈现出数量级更高的折射率,在其共振附近具有消失甚至负吸收。类似地,在等离子体激元诱导的EIR中,探测信号可以经历正、零或负消光,同时与由控制光束相干激发的超分子中的金属纳米棒强烈相互作用。在超颖表面形式的这种超颖分子的正方形阵列的集体响应中观察到相同的机制,以通过从正值到负值的吸收的相干控制来调制信号的振幅,而不实施增益材料或非线性过程。这种新颖的方法可用于挑战光的控制,通过施加超短脉冲与超快表面等离子体相互作用或极低强度脉冲在单光子水平的纳米级单等离子体元分子的极端水平的空间,时间和强度。该方案也为通过放大输入信号来提高光调制器和光开关的调制强度提供了一种有效的工具。
2021-11-14 physics.optics
Frequency-switching Coherent Reception for Hardware-efficient High-baud-rate Optical Transmission Experiments
通过信号门控与本地振荡器频率切换实现带宽扩展,无需昂贵的接收器并行化,在288GBaud符号速率下验证了该概念。
2026-08-03 eess.SP physics.optics
Coherent-feedback control strategy to suppress spontaneous switching in ultra-low power optical bistability
具有腔内克尔非线性效应的光谐振腔可以实现色散双稳,适用于全光开关。利用纳米光子元件,可以实现阿焦耳切换能量,这对于超低功率操作将是非常有吸引力的,但由于量子波动诱导的自发切换而可能存在问题。在这篇手稿中,我推导出一个量子光学模型的两个克尔非线性环形谐振器连接在一个相干的反馈回路,并通过数值模拟表明,一个适当设计的“控制器”腔可以显着降低自发开关率的一个“工厂”腔在一个完全嵌入式和自主的方式。
2011-01-18 physics.optics quant-ph
Non-reciprocal coherent all-optical switching between magnetic multi-states
本研究通过实验与计算揭示了石榴石中超快光磁开关的磁化非互易运动特性,发现开关轨迹受光磁转矩与磁各向异性共同调控,为节能磁化开关设计提供了新方向。
2023-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The terahertz frontier for ultrafast coherent magnetic switching: Terahertz-induced demagnetization in ferromagnets
非热相干磁旋进与超快退磁之间的跃迁频率可以说是当今磁学科学和技术中最需要解决的问题。到目前为止,它被认为是在太赫兹(THz)范围内。在这里,使用一个超强的低频太赫兹子弹,和薄的磁性层,我们报告的实验证据表明,完全相干的非热太赫兹磁开关可能永远无法达到传统的铁磁薄膜。在高激发强度下,虽然自旋仍然与THz磁场相干地旋进,但沉积的THz能量引发超快退磁并最终导致材料损伤。这一系列现象是同时发生的。报告的实验设定了根本性的限制,并对电子和磁系统之间的耦合以及超快时间尺度上相关的结构动力学提出了质疑。
2015-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Coherent Control of Hyperfine States and Slow and Fast Light Switching in Ultracold Atoms
我们提出了一个通过相干控制超冷原子系统的超精细基态和激发态来获得慢光和快光的方案。对超冷$^{23}$ Na原子的$D_1$跃迁进行了理论分析。研究了场失谐量和场强对布居转移和激发极化的影响。结果表明,该系统可以获得大带宽的慢光和快光。据推测,慢光和快光可以共同传播,属于不同的光学和拉曼跃迁。此外,据观察,慢光和快光之间的切换是通过控制场强度以及场失谐来实现的。
2021-07-19 physics.optics quant-ph
Fast electro-optic switching for coherent laser ranging and velocimetry
3D成像在一系列领域的增长推动了对高性能波束控制技术的需求。自动驾驶汽车和医学成像等不同领域都可以从高速、适应性强的波束控制方法中受益。我们提出了一个单片,亚微秒电光开关作为一个解决方案,满足可靠性,速度,动态寻址能力和紧凑性的需要。在这里,我们展示了一个实验室规模的,固态激光雷达指向系统,使用电光开关发射调制相干光到自由空间,然后收集反射信号。我们使用相干检测的反射光,同时提取的范围和轴向速度的目标在每个电子可寻址的输出端口。
2019-06-05 physics.app-ph physics.optics
Switching a plasma-like metamaterial via embedded resonant atoms exhibiting electromagnetically induced transparency
我们从理论上证明了当入射辐射的电场平行于纳米棒时,由对齐的金属纳米棒组成的超材料的等离子体样有效响应的控制。通过将这种超材料嵌入相干原子/分子介质中,例如浸没在钠蒸气中的银纳米棒阵列,我们可以使超材料在其等离子体频率以下的禁频区域透射。这种现象通过在背景介质中具有洛伦兹吸收体或其他相干过程(如受激拉曼吸收)来实现,其在谐振附近提供大的正介电常数,从而使有效介电常数为正。特别是,电磁感应透明等过程可以提供额外的控制来切换和调谐新的传输频带。
2009-08-22 physics.optics
Multi-channel all-optical switching based on coherent perfect absorption in atom-cavity system
本研究提出基于原子-腔系统相干完美吸收的多通道全光开关方案,利用极化激元与控制光诱导的量子干涉实现开关功能,可用于全光通信与量子逻辑器件。
2024-03-10 physics.optics quant-ph
Coherent Dynamics of Floquet-Bloch States in Monolayer WS2 Reveals Fast Adiabatic Switching
Floquet工程提供了一条光学控制材料的途径,但实验实施经常依赖于飞秒脉冲来实现最大化相互作用并获得可测量响应所需的高峰值场。然而,Floquet形式主义是基于连续的、周期性的驱动。在这里,我们使用飞秒激光脉冲驱动的光学斯塔克效应,一个简单的实现Floquet工程,单层WS 2。通过监测的自由感应衰减的相干演化,我们表明,该系统的演化是动态的,并且脉冲的有限持续时间不会引入任何超出Floquet理论的影响。此外,我们表明,诱导的能量转移遵循线性依赖于瞬时强度,即使是小于15个光学周期的超快驱动场。
2021-06-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dissipative solitons and switching waves in dispersion folded Kerr cavities
本文从理论和实验上研究了积分色散超过自由光谱范围的克尔非线性光学微谐振腔中耗散相干结构的形成。我们证明,沿谐振器的圆周,如周期性变化的色散的任何周期性调制的存在下,可以激发高阶梳状结构。我们探讨了在异常和正常色散情况下相干微梳产生的结果。我们能够通过同步脉冲驱动的高峰值功率在微谐振器中访问该政权。对于孤子的异常色散,我们观察到高阶相位匹配色散波('凯利样'边带)的形成,折叠的色散穿过频率梳状网格。在正常色散中,我们看到切换波前与法拉第不稳定性引起的倍周期图案共存,表现为强大的卫星微梳高度分离的芯微梳的两侧,同时共享相同的重复率。这种色散调制相位匹配的机制开启了克尔腔物理学和微梳产生的一个维度,特别是对于正常色散下的微梳的光谱扩展和调谐。
2022-05-20 physics.optics
Pump-power-driven mode switching in a microcavity device and its relation to Bose-Einstein condensation
我们研究了双模微腔器件的相干发射模式的切换,发生在泵浦功率变化时。我们比较实验数据的理论结果和确定的基本机制是基于有效增益之间的竞争,一方面和另一方面的模间动力学。当泵浦斜升时,在阈值以上,具有最大有效增益的模式开始发射相干光,对应于激射。相反,在强泵浦的限制下,是模间动力学决定了哪种模式获得大的占据并显示相干发射。我们指出后一种机制类似于大质量玻色子的平衡态玻色-爱因斯坦凝聚。因此,在我们的微腔器件中的模式切换可以被视为光子的玻色-爱因斯坦凝聚的最小实例。此外,我们表明,从一个腔模式切换到另一个总是发生通过一个中间阶段,其中两种模式都发出相干光,它是与超热强度波动和两种模式之间的强相互关系。
2017-06-23 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Temporal and spectral fingerprints of ultrafast all-coherent spin switching
未来的信息技术最终需要快速、低损耗的量子控制。强光场促进了重要的里程碑,例如诱导新的物质状态、弹道加速电子或相干翻转谷赝自旋。这些动态留下独特的签名,如特征带隙或高次谐波辐射。在两个被势垒隔开的状态之间切换技术上最重要的量子属性-自旋-的最快和最小耗散的方法是触发全相干进动。有关皮秒电场和磁场的开创性实验和理论已经提出了这种可能性,但观察实际的动力学仍然遥不可及。在这里,我们表明,太赫兹(1太赫兹= 10 $^{12}$ Hz)电磁脉冲允许相干导航的自旋势垒,我们揭示了相应的时间和光谱指纹。这一目标是通过将反铁磁TmFeO $_{3}$中的自旋与定制天线的局部增强的THz电场耦合来实现的。在1 ps的持续时间内,强THz脉冲突然改变了磁各向异性,并触发了大幅度的弹道自旋运动。特征相位翻转,磁振子共振的不对称分裂,和法拉第信号的长寿命偏移是相干自旋切换到相邻的潜在最小值的标志,与数值模拟一致。可切换的自旋状态可以通过外部磁偏置来选择。低耗散和天线的亚波长空间定义可以促进以太赫兹速率操作的可扩展自旋器件。
2020-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear coherent light-matter interaction in 2D MoSe$_2$ nanoflakes for all-optical switching and logic applications
我们报道了二维MoSe $_2$纳米片(NF)通过非局域相干光-物质相互作用引起的空间自相位调制(SSPM)和交叉相位调制(XPM)的强非线性光学响应。光和MoSe $_2$ NF的相干相互作用产生激光束的SSPM,形成同心衍射环。通过测量MoSe $_2$纳米纤维在405、532和671 nm不同激发波长下的自衍射花样,测定了其非线性折射率($n_2$)和三阶宽带非线性光学极化率($χ^{(3)}$).用“风铃”模型和热效应观察和分析了衍射环斑图的演化和变形。利用二维SnS $_2$纳米纤维相对于MoSe $_2$的反向饱和吸收特性,设计了MoSe $_2$ /SnS $_2$混合结构的全光二极管,展示了光的非互易传输特性.还研究了基于MoSe $_2$和其他半导体材料(例如Bi $_2$、Se $_3$、CuPc和石墨烯)的一些其他光学器件。利用双光束交叉相位调制技术实现了全光逻辑门和全光信息转换。所提出的基于MoSe $_2$ NF的光学方案已被证明是全光二极管和全光开关等全光非线性光子器件的潜在候选者。
2022-06-25 cond-mat.str-el physics.optics
All-optical four-state magnetization reversal in (Ga,Mn)As ferromagnetic semiconductors
利用密度矩阵运动方程和紧束缚能带计算,我们预测了(III,Mn)As铁磁体的四个亚稳磁态之间的全光开关。在非线性相干光激发过程中,这种开关在100 fs内以非热方式启动。对于单个光脉冲,磁化反转在$\sim$ 100 ps后完成,并由相干飞秒光激发控制。我们预测的开关来自于由飞秒磁化倾斜触发的磁非线性,这种磁化倾斜对非绝热光诱导的自旋相互作用敏感。
2011-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical modulation of coherent phonon emission in optomechanical cavities
光机结构非常适合研究光子-声子相互作用,它们也被证明是声子电路和量子计算的潜在构建模块。在声子电路中,信息由声子携带和处理,由于其优异的耦合效率,光机结构可以用作光子和电子的界面。在声子电路所需的组件中,这种结构可用于创建相干声子源和检测器。除了发射或检测之外的复杂功能仍然具有挑战性,在完整的网络中解决单个结构是一个巨大的挑战。在这里,我们提出并证明了一种方法来调制相干发射从光机械晶体通过外部光泵浦,有效地创建一个声子开关工作在环境条件下的压力和温度和工作速度(5 MHz)仅限于机械运动的光机械结构。我们还展示了另外两个开关方案:谐波开关,其中的机械模式保持活跃,但不同的谐波的光学力被使用,和切换到和从混沌政权。此外,这里提出的方法允许选择任何单个结构而不影响其周围环境,这是迈向自由可控的光机械声子发射器网络的重要一步。
2018-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Inhomogeneous nonlinearity meets $\mathcal{PT}$-symmetric Bragg structures: Route to ultra-low power steering and peculiar stable states
在$\mathcal{PT}$对称光纤布拉格光栅中,沿传输坐标方向对非线性分布进行剪裁是实现低功率全光开关的一个新方向。只有当非线性曲线为线性减小或线性增大时,该方案才有效。如果非线性分布的变化率高,则临界强度在不间断状态下下降到输入功率值0.01以下,前提是光发射方向正确。如今,PTFBG的每一个新的理论开端都开始在破$\mathcal{PT}$对称区域中切换,这曾经被认为是不稳定区域。当非均匀非线性与$\mathcal{PT}$对称性破缺和光的正入射共同作用时,会产生两种特殊的情况。首先,开关强度超低。第二,开关下降动作发生在零临界强度。这种OB曲线在传统光栅的背景下是前所未有的,并且仅在等离子体激元器件和反定向耦合器中发现。即使非线性是不均匀的,斜坡状的第一稳定状态持续在破碎的$\mathcal{PT}$对称制度给出了额外的指示,破碎的PTFBG是密切相关的等离子体结构。在现有的PTFBG系统中,开关强度相对较高的破碎区。然而,所提出的系统记录的最低开关强度在破碎的制度。报告的强度($< 0.005$)也是迄今为止从PTFBG的角度记录的最低切换强度。
2022-07-05 nlin.PS physics.optics