淺析微環(huán)諧振器中的非線性效應

在微環(huán)調(diào)制器中，如果輸入功率過高，觀測到的光譜將會如下圖所示，而不是左右對稱的Lorenz型。當輸入光功率逐漸增大時，光譜變得左右不對稱。

(圖片來自文獻1)

當光在微環(huán)中傳輸時，可能會發(fā)生雙光子吸收效應(two-photon absoprtion, 簡稱TPA)。光子被吸收后，產(chǎn)生自由載流子, 引起波導折射率的變化。

而這些載流子被材料吸收后(free carrier absoprtion, 簡稱FCA)，也會導致波導折射率的變化。

這些被激發(fā)的載流子通過表面復合，將能量傳遞到聲子上，導致硅波導的溫度上升，也就是所謂的self-heating效應。這幾種非線性效應的能帶示意圖如下圖所示，

（圖片來自文獻1）

這幾種非線性效應中，TPA和FCA使得載流子濃度變大，波導折射率變小，微環(huán)的共振波長將會藍移，而熱效應使得波導折射率變大，共振波長將會紅移。這幾種效應同時發(fā)生，微環(huán)中會存在雙穩(wěn)態(tài)效應(bistablity), 如下圖所示。

（圖片來自文獻2）

典型的激光器波長與微環(huán)共振波長的曲線如下圖所示，

（圖片來自文獻2）

微環(huán)的初始共振波長為1545.2nm, 當激光器的波長從短波長逐漸掃描到該波長時，由于微環(huán)中的能量增加，熱效應占主導，共振波長發(fā)生紅移，對應state A。進一步增大波長時，就會進入雙穩(wěn)態(tài)區(qū)域。

此時微環(huán)有兩個諧振點B和C，微環(huán)的工作狀態(tài)取決于如何激發(fā)它。對于state C, 激光器需要從長波長開始掃描，從state D進入到state C。

微環(huán)諧振器中存在多種非線性效應，相對復雜，使得微環(huán)的工作點發(fā)生改變。需要選取合適的激發(fā)條件，并且選取合適的入射光功率。

微環(huán)調(diào)制器需要精細的電路控制，只有理清楚這些底層的物理效應，才能更好的設計相關(guān)的反饋控制電路。個中細節(jié)，還需仔細品味。