論文の概要: Inverse-Designed Photonic Crystal Cavities with Controllable Far-Field Numerical Aperture

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.16827v1
• Date: Sat, 20 Sep 2025 22:48:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-23 18:58:15.994956
• Title: Inverse-Designed Photonic Crystal Cavities with Controllable Far-Field Numerical Aperture
• Title（参考訳）: 制御可能な遠方界数値開口を有する逆設計フォトニック結晶キャビティ
• Authors: Neelesh Kumar Vij, Purbita Purkayastha, Jasvith Raj Basani, Edo Waks,
• Abstract要約: フォトニック結晶キャビティは光をサブ波長の体積に制限し、低消費電力フォトニクス、光電子工学、非線形光学、量子情報などへの応用のための強力な光-マター相互作用を可能にする。 従来の逆設計の取り組みは、結合効率を犠牲にしたり、遠方界の放射パターンを正確に制御する能力に欠ける、高品質な要素と低モードのボリュームを目標としていた。 設計対象として指定されたキャビティ品質係数と遠方界数値開口を同時に最適化する逆設計フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Photonic crystal cavities confine light to subwavelength volumes, enabling strong light-matter interactions for applications in low-power photonics, opto-electronics, nonlinear optics, and quantum information. These applications demand cavities that combine high quality factors, low mode volumes, and high coupling efficiencies. However, optimizing across these metrics requires exploring a large design space, motivating the use of inverse design strategies. Previous inverse design efforts targeted high quality factors and low mode volumes, sacrificing the coupling efficiency or lacking the ability to precisely control the far-field radiation pattern. In this work, we present an inverse design framework that simultaneously optimizes cavity quality factor and far-field numerical aperture, both specified as design targets. Using this method, we design L3 photonic crystal cavities, with different far-field numerical apertures, in the visible wavelength and fabricate them in silicon nitride. Photoluminescence measurements confirm experimental control of the far-field numerical aperture and reveal a 28-fold and 3.9-fold improvement in the coupling efficiency and quality factor respectively when compared to the standard L3 cavity. Disorder analysis further shows that the designs retain significant performance despite nanofabrication imperfections. Our work demonstrates a versatile inverse design framework for multi-objective optimization of photonic crystal cavities to attain high quality factors and coupling efficiency.
• Abstract（参考訳）: フォトニック結晶キャビティは光をサブ波長の体積に制限し、低消費電力フォトニクス、光電子工学、非線形光学、量子情報などへの応用のための強力な光-マター相互作用を可能にする。 これらのアプリケーションは、高品質な要素、低モードボリューム、高結合効率を組み合わせたキャビティを必要とする。 しかしながら、これらのメトリクスを最適化するには、大きなデザインスペースを探索し、逆設計戦略の使用を動機付ける必要がある。 従来の逆設計の取り組みは、結合効率を犠牲にしたり、遠方界の放射パターンを正確に制御する能力に欠ける、高品質な要素と低モードのボリュームを目標としていた。 本研究では,設計対象として指定されたキャビティ品質係数と遠方界数値開口を同時に最適化する逆設計フレームワークを提案する。 本研究では,L3フォトニック結晶キャビティを可視波長で設計し,窒化ケイ素で製造する。 光ルミネッセンス測定により遠方界数値開口の実験的制御が確認され、標準L3キャビティと比較して、結合効率と品質係数がそれぞれ28倍および3.9倍改善されたことが判明した。 障害解析は、ナノファブリケーションの不完全性にもかかわらず、設計が顕著な性能を維持していることを示している。 本研究は,光結晶キャビティの多目的最適化のための多目的逆設計フレームワークを試作し,高い品質係数と結合効率を実現することを目的とする。

関連論文リスト

• Accelerating 3D Photoacoustic Computed Tomography with End-to-End Physics-Aware Neural Operators [74.65171736966131]
  光音響計算トモグラフィ(PACT)は、光コントラストと超音波分解能を組み合わせることで、光拡散限界を超える深部像を実現する。 現在の実装では、高密度トランスデューサアレイと長い取得時間を必要とし、臨床翻訳を制限している。 本研究では,センサ計測からボリューム再構成まで,逆音響マッピングを直接学習する物理認識モデルであるPanoを紹介する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-09-11T23:12:55Z)
• Scalable construction of hybrid quantum photonic cavities [0.0]
  本稿では、2つの異種光学材料間の選択波長で微調整可能なPhCキャビティを生成する概念を紹介する。 この空洞は、加工が容易な材料の上に、簡単な導波路ジオメトリでハード・トゥ・プロセス材料を突き刺して形成されている。 キャビティ結合ダイヤモンドカラーセンタの配列に基づく多重量子リピータの特に困難な設計問題に対する我々の概念をシミュレートする。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-10-04T18:36:39Z)
• Limitations in design and applications of ultra-small mode volume photonic crystals [0.0]
  超小モード体積ナノフォトニック結晶キャビティは、キャビティ量子力学系におけるカップリング率を高める強力なツールとして提案されている。 本研究では,低モードボリューム共振器の設計選択が量子光学実験における有用性に与える影響を解析する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-02-01T06:02:51Z)
• Interpretable inverse-designed cavity for on-chip nonlinear and quantum optics [0.0]
  逆設計は波動物理学、特にコンパクトで高性能なデバイスのためのフォトニクスにおいて強力なツールである。 そこで本研究では,オンチップ光子生成効率を向上させるために,解釈可能な結果を持つ逆設計法を提案する。 我々はシリコンオン絶縁体プラットフォームを用いて、コンパクトで逆設計のデバイスを作製し、特徴付ける。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-08-06T06:52:47Z)
• On-chip single-photon subtraction by individual silicon vacancy centers in a laser-written diamond waveguide [48.7576911714538]
  レーザーによるダイヤモンドフォトニクスは3次元の加工能力と、光ファイバー技術と一致する大きなモード場直径を提供する。 そこで我々は,大きな数値開口光学を用いて,単一の浅層実装シリコン空孔中心の励起を組み合わせ,大きな協調性を実現する。 我々は、単一エミッタの量子効率の低いバウンダリとして13%のベータ係数と0.153のコオペラティティティを持つ単一エミッタの絶滅測定を実証した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-11-02T16:01:15Z)
• Complete conversion between one and two photons in nonlinear waveguides with tailored dispersion [62.997667081978825]
  非線形光導波路における狭帯域ポンプ光子とブロードバンド光子対のコヒーレント変換を理論的に制御する方法を示す。 完全決定論的変換とポンプ光子再生は有限な伝播距離で達成できることを明らかにする。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-10-06T23:49:44Z)
• Topologically Protecting Squeezed Light on a Photonic Chip [58.71663911863411]
  集積フォトニクスは、導波路内部に厳密に光を閉じ込めることで非線形性を高めるエレガントな方法を提供する。 シリカチップに励起光を発生させることができる自発4波混合のトポロジカルに保護された非線形過程を実験的に実証した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-06-14T13:39:46Z)
• Inverse-designed photon extractors for optically addressable defect qubits [48.7576911714538]
  フォトニックデバイスの逆設計最適化は、スピン光子インタフェースの臨界パラメータを調整する際に、前例のない柔軟性を実現する。 逆設計のデバイスは、単一の光子エミッタのスケーラブルな配列の実現、新しい量子エミッタの迅速なキャラクタリゼーション、センシングと効率的な隠蔽機構を実現する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-07-24T04:30:14Z)
• Correlation Plenoptic Imaging between Arbitrary Planes [52.77024349608834]
  提案プロトコルは,処理後の集中面の変更を可能にし,画像解像度と被写界深度を前例のない組み合わせで実現可能であることを示す。 その結果、カオス光に基づく相関レンズ画像装置のコンパクト化や、絡み合った光子照明に基づく高SNRレンズ画像装置の開発への道が開かれた。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-07-23T14:26:14Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。