利用特异点抑制微环调制器中的背向散射

逍遥设计自动化

引言
5 `0 E0 J- ^; T, S8 l$ _- M* Z, e6 Q微环光学谐振腔是现代光电子技术的基础构件，在光量子信息处理到光通信等多个领域具有广泛应用。然而，这些器件面临一个显著挑战：表面缺陷导致的背向散射会严重降低性能。本文探讨了利用特异点(EPs)消除背向散射并提升器件功能的创新方案[1]。
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图1：系统全面概述，包括结构设计和工作原理，展示了系统构架、模式耦合行为、频率特性以及不同工作点的场分布。

8 h/ }1 M. b1 G( N背向散射的挑战
9 C' r: z5 e* f在微环谐振腔中，表面缺陷不可避免地导致顺时针(CW)和逆时针(CCW)传播模式之间的耦合。这种非预期耦合带来多个问题：
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$ v- E# `! x) y% {' r! t( K0 j在低转速工作的激光陀螺仪中，背向散射会引起不需要的注入锁定，降低灵敏度。对于依赖非线性放大或反向传播场干涉的器件，背向散射会降低效率并引入有害反射，影响功能实现。

特异点解决方案
7 N* v  @" O' ?; F  x$ C这里提出的创新方法在特异点处运行谐振腔 - 特异点是本征值和本征矢量合并的独特谱奇点。让我们来分析工作原理：

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: P* Q5 {' u. s图2：手性参数χ随耦合强度γb和相位差Δφ的变化，展示了当|γb| = |κ|且相位差为π时手性达到峰值。

系统通过简并CW和CCW模式之间的非保守耦合实现手性传输。与需要精确增益损耗平衡或复杂结构的传统方法不同，该方法利用：
$ N, }6 q8 ^: ^! G5 t) M+ [/ I微环谐振腔内的内部反射
通过Sagnac反射器实现的外部反射
利用EP特性的精心设计调制方案
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弗洛凯模式转换增强
让我们来说明弗洛凯模式耦合：
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图3：弗洛凯模式耦合机制的可视化，显示了不同工作条件下的模式相互作用及行为。

. B2 S$ u$ R5 }. c在EP工作点，系统展现出增强的弗洛凯模式转换。该过程包括时间调制通过施加微波驱动信号实现，改变共振频率遵循ω0(t) = δωm cos(Ωt)。同样，损耗调制为γl(t) = δγl cos(Ωt + θ)。这种调制方案可以通过相位调制器和振幅调制器的组合来实际实现。

. t- u6 G  L* F% ?$ V* Q3 \/ I实施考虑
让我们来展示实际实施方面：
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图4：系统对相位变化的灵敏度分析，展示了转换效率与相位参数之间的关系。

: J: y5 V- z; A" ?. Y实际实施需要仔细考虑多个因素：

该系统使用标准电光调制器，与现有集成光电子技术平台兼容。相位调制可以通过优化波导材料的掺杂分布实现，而振幅调制通过III-V材料的异质集成实现。

即使在理想条件有小偏差的情况下，该方法仍能提供稳定性能。可以采用先进制造技术和主动调节方法，如热光或电光相移器，来实现制造后系统参数的精细调节。
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结论
这种抑制微环谐振腔中背向散射的创新方法代表了集成光电子技术的重要进展。通过在特异点工作并利用非保守耦合，该系统实现了有效的背向散射抑制，同时增强了弗洛凯模式转换。
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该方法与现有光电子技术平台的兼容性以及对制造缺陷的容忍度使其特别适合实际应用。随着集成光电子技术持续发展，这种技术为改善光量子通信、信息处理和其他高级应用中的器件性能提供了新方案。

参考文献
, b! w9 u$ S2 f$ o[1] Pandey and A. Krasnok, "Backscattering-Immune Floquet Conversion in Ring Modulators," arXiv:2411.05336v1 [physics.optics], Nov. 8, 2024.
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