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硅环形谐振器中光学双稳性的分析研究。

Analytical study of optical bistability in silicon ring resonators.

机构信息

Advanced Computing and Simulation Laboratory, Monash University, Clayton, Victoria 3800, Australia.

出版信息

Opt Lett. 2010 Jan 1;35(1):55-7. doi: 10.1364/OL.35.000055.

DOI:10.1364/OL.35.000055
PMID:20664671
Abstract

We analyze theoretically the nonlinear phenomenon of optical bistability inside a ring resonator formed with a silicon-waveguide nanowire and derive an exact parametric relation connecting the output intensity to the input intensity. Our input-output relation accounts for linear losses, the Kerr nonlinearity, two-photon absorption, free-carrier-induced absorption and dispersion, and thermo-optic effects within the resonator. Based on our study, we generalize the standard definition of effective length to allow for all possible losses within a silicon ring resonator. We also present a simplified version of the bistable phenomenon valid for resonators operating in a regime in which losses resulting from two-photon absorption are relatively small. Our analytical results provide clear insight into the physics behind optical bistability and may be useful for designing silicon-based optical memories.

摘要

我们从理论上分析了由硅波导纳米线构成的环形谐振器中的光双稳非线性现象,并得出了一个将输出强度与输入强度联系起来的精确参数关系。我们的输入-输出关系考虑了线性损耗、克尔非线性、双光子吸收、自由载流子诱导吸收和色散以及谐振器内的热光效应。基于我们的研究,我们将有效长度的标准定义推广到了硅环形谐振器内的所有可能损耗。我们还提出了一种简化的双稳现象版本,适用于双光子吸收引起的损耗相对较小的谐振器工作模式。我们的分析结果清楚地揭示了光双稳背后的物理机制,对于设计基于硅的光学存储器可能具有一定的参考价值。

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