利用特異點抑制微環(huán)調(diào)制器中的背向散射

逍遙設(shè)計自動化

引言
微環(huán)光學(xué)諧振腔是現(xiàn)代光電子技術(shù)的基礎(chǔ)構(gòu)件，在光量子信息處理到光通信等多個領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，這些器件面臨一個顯著挑戰(zhàn)：表面缺陷導(dǎo)致的背向散射會嚴(yán)重降低性能。本文探討了利用特異點(EPs)消除背向散射并提升器件功能的創(chuàng)新方案[1]。



圖1：系統(tǒng)全面概述，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理，展示了系統(tǒng)構(gòu)架、模式耦合行為、頻率特性以及不同工作點的場分布。

背向散射的挑戰(zhàn)
: D7 ^2 Q3 R8 G- P在微環(huán)諧振腔中，表面缺陷不可避免地導(dǎo)致順時針(CW)和逆時針(CCW)傳播模式之間的耦合。這種非預(yù)期耦合帶來多個問題：
2 _9 k0 f. e/ ?4 L8 Z# @
7 Q1 M" o9 ~" z' l. E9 E在低轉(zhuǎn)速工作的激光陀螺儀中，背向散射會引起不需要的注入鎖定，降低靈敏度。對于依賴非線性放大或反向傳播場干涉的器件，背向散射會降低效率并引入有害反射，影響功能實現(xiàn)。
( D! w  b% I, @" D6 t1 X
6 X4 q1 ^! K9 O; U特異點解決方案
這里提出的創(chuàng)新方法在特異點處運(yùn)行諧振腔 - 特異點是本征值和本征矢量合并的獨特譜奇點。讓我們來分析工作原理：

: `( M8 m5 Y6 F9 V8 a圖2：手性參數(shù)χ隨耦合強(qiáng)度γb和相位差Δφ的變化，展示了當(dāng)|γb| = |κ|且相位差為π時手性達(dá)到峰值。
$ A6 |$ k2 G* c
) }8 J; h2 T. I1 ^8 X& W系統(tǒng)通過簡并CW和CCW模式之間的非保守耦合實現(xiàn)手性傳輸。與需要精確增益損耗平衡或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法不同，該方法利用：
' b  P* ]7 K5 _+ a8 G微環(huán)諧振腔內(nèi)的內(nèi)部反射
通過Sagnac反射器實現(xiàn)的外部反射
利用EP特性的精心設(shè)計調(diào)制方案
. P" o8 d2 v# X  `+ n
) ]! Y7 D& y+ n- o2 e$ ^+ m弗洛凱模式轉(zhuǎn)換增強(qiáng)
讓我們來說明弗洛凱模式耦合：
8 \5 B( b. P# ]
% f/ a! i  _( F  A3 X' [+ U圖3：弗洛凱模式耦合機(jī)制的可視化，顯示了不同工作條件下的模式相互作用及行為。

在EP工作點，系統(tǒng)展現(xiàn)出增強(qiáng)的弗洛凱模式轉(zhuǎn)換。該過程包括時間調(diào)制通過施加微波驅(qū)動信號實現(xiàn)，改變共振頻率遵循ω0(t) = δωm cos(Ωt)。同樣，損耗調(diào)制為γl(t) = δγl cos(Ωt + θ)。這種調(diào)制方案可以通過相位調(diào)制器和振幅調(diào)制器的組合來實際實現(xiàn)。

實施考慮
! A* s5 E- N: z/ J9 V讓我們來展示實際實施方面：
6 X! l- [' A  H: P4 i
圖4：系統(tǒng)對相位變化的靈敏度分析，展示了轉(zhuǎn)換效率與相位參數(shù)之間的關(guān)系。

$ N/ I) w6 j* u7 p7 L1 D實際實施需要仔細(xì)考慮多個因素：

該系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)電光調(diào)制器，與現(xiàn)有集成光電子技術(shù)平臺兼容。相位調(diào)制可以通過優(yōu)化波導(dǎo)材料的摻雜分布實現(xiàn)，而振幅調(diào)制通過III-V材料的異質(zhì)集成實現(xiàn)。

即使在理想條件有小偏差的情況下，該方法仍能提供穩(wěn)定性能�？梢圆捎孟冗M(jìn)制造技術(shù)和主動調(diào)節(jié)方法，如熱光或電光相移器，來實現(xiàn)制造后系統(tǒng)參數(shù)的精細(xì)調(diào)節(jié)。

結(jié)論
: o0 T# T( f$ L0 j  m2 T這種抑制微環(huán)諧振腔中背向散射的創(chuàng)新方法代表了集成光電子技術(shù)的重要進(jìn)展。通過在特異點工作并利用非保守耦合，該系統(tǒng)實現(xiàn)了有效的背向散射抑制，同時增強(qiáng)了弗洛凱模式轉(zhuǎn)換。
9 V$ a. D9 f; |9 Y
該方法與現(xiàn)有光電子技術(shù)平臺的兼容性以及對制造缺陷的容忍度使其特別適合實際應(yīng)用。隨著集成光電子技術(shù)持續(xù)發(fā)展，這種技術(shù)為改善光量子通信、信息處理和其他高級應(yīng)用中的器件性能提供了新方案。

' ~5 m2 Y, n* G4 v5 ?8 y# F2 X# ?參考文獻(xiàn)
6 \+ \5 b. @- w/ m# Z$ ~2 ~& l[1] Pandey and A. Krasnok, "Backscattering-Immune Floquet Conversion in Ring Modulators," arXiv:2411.05336v1 [physics.optics], Nov. 8, 2024.

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