基于光学微腔的片上非对易光学传输

Optically nonreciprocal devices provide critical functionalities such as light isolation and circulation in photonic integrated circuits for optical communications and information processing, but have been difficult to achieve. In this project, we will first theoretically analyze the optical nonreciprocal optical transmission based on the nonlinear effect, exceptional the gain-saturation nonlinearity. Then by exploring gain-saturation nonlinearity, we will study the on-chip optical isolatoion and circulation functionalities with excellent performance within telecommunication wavelengths using only one active microresonator. In addition, we will investigate the optical isolation base on other nonlinearity in microcavity such as Raman and optomechanical effects.

在用于通信和信息处理的光子集成电路中，光的非互易传输可以实现一些关键功能器件，例如光学隔离器与光学环路器。本项目中，我们将首先从理论上分析基于光学微腔中非线性效应（特别是增益饱和非线性）的非互易传输。然后我们将深入研究单个有源光学微腔中基于增益饱和非线性的光学隔离器与环路器，并实现优越的隔离性能。另外，我们还将研究基于光学微腔中其他非线性效应（例如拉曼和光力学非线性）的光学隔离。

在用于通信和信息处理的光子集成电路中，光的非互易传输可以实现一些关键功能器件，例如光学隔离器与光学环路器。本项目中，我们制备了不同结构的高品质因子光学微腔及微腔耦合系统。并利用光学微腔中的参量非线性和布里渊非线性分别实现了片上光学隔离器。其隔离度高达18 dB且其插入损耗低于4 dB。利用布里渊非线性效应我们还进一步实现了非互易的宇称-时间对称。我们理论分析和实验验证了有源光学微腔中的饱和增益和饱和吸收非线性。另外，我们还在理论上研究了三相互耦合循环结构的光学微腔中的传输非互易性，我们发现在饱和增益及非对称耦合条件下，该系统可实现光学隔离器。项目执行期间，我们发表了11篇SCI论文。包括PNat. Commun. 1篇、hys. Rev. Lett. 1篇、Laser Photonics Rev.2篇等。