主动非线性硅微环谐振器层析成像：建模与特性分析

《Journal of Lightwave Technology》：Active Nonlinear Silicon Microring Resonators Tomography: Modeling and Characterization

　　

摘要：

我们研究了活性硅基绝缘体微环谐振器中的电压和功率依赖的光学非线性现象及其产生的传输光谱。我们基于腔内光场、自由载流子以及温度的耦合非线性方程，建立了一个统一的理论模型，该模型考虑了在不同偏压下光电流产生的焦耳热效应以及缺陷诱导的线性吸收。系统地分析和比较了克尔效应、热效应和自由载流子效应对非线性损耗和折射率变化的贡献。实验上，我们使用连续波泵浦激光器研究了活性硅微谐振器中消光比和共振频率随功率和电压变化的特性。在反向偏压下，自由载流子的寿命显著缩短，并观察到明显的共振失谐现象，这归因于焦耳热效应。作为理论分析与实验比较的关键步骤，我们提取了在不同反向偏压下的重要设计参数（传输损耗和耦合损耗）以及时间常数（热弛豫时间和自由载流子寿命）。随后将这些测量参数纳入理论模型中，对比了模拟结果与实测结果，发现两者在功率和电压依赖的非线性响应方面具有良好的一致性。我们的理论和实验相结合的研究为在载流子寿命缩短且可控的情况下使用活性硅微谐振器进行非光学应用提供了指导。