无边缘光子晶体谐振器中自发脉冲的形成

       集成非线性光子学是产生和控制电磁辐射的多功能引擎，开辟了新的应用方向，使基础研究成为可能。二阶和高阶非线性敏感度现在构成了许多光子技术的基础；一个很好的例子便是谐波或差频的产生，它实现了从紫外到红外的激光源。特别地，由于折射率n = n0 + n2I的强度依赖性，三阶Kerr过程在光子学中是普遍存在的，其中n0和n2是线性和非线性折射率，I是强度。它们能够自发形成稳定的电磁场结构，实现激光从一种颜色到另一种颜色的转换。一般地说，由非线性引起的调制不稳定性控制着系统中有趣的行为。Kerr谐振器—由n2材料制成的光学腔—对于基础研究和应用来说是很有吸引力的系统。特别是，Kerr非线性谐振器支持由少量干扰波组成的稳态—包括图灵模式—和由广谱波组成的局域孤子。尽管图灵图案是在足够强的激发下从不稳定的Kerr谐振腔中产生的，但Kerr孤子在恒定的激发下不会自发形成，这使得这种有用的状态难以获得。

       近日，来自美国科罗拉多大学物理系的Su-Peng Yu等人探索重新平衡卢吉托-勒弗方程(LLE)，从打破平坦状态来形成Kerr孤子，进而取代图灵模式。为了实现这一目标，他们设计并制作了无边缘光子晶体谐振器（PhCR），这种谐振器是Kerr微谐振器，其内壁被方位角均匀的纳米图案形状的振荡所修饰。环形几何形状在光子波导上施加了无边缘边界条件，为一个方位角模式打开了PhCR带隙，从而可控地移动了频率。共振频率中的这种点缺陷是超出传统多项式阶的光学色散的概括。他们对这种移动进行了编程，使孤子与泵浦激光器直接相位匹配，几乎与泵浦模式共振。此外，这将图灵模式移出共振，排除了它的形成。他们在广泛的实验中实现并探索了自发孤子的形成，包括观察从平坦态到孤子的直接跃迁，通过体环尺寸的色散工程控制孤子脉冲带宽，以及孤子重复频率的超精密测量。他们展示了纳米光子学扩展了非线性工程的调色板，使新的现象和光源成为可能。相关研究工作发表在《Nature Photonics》上。（詹若男）

       文章链接：Su-Peng Yu et al. Spontaneous pulse formation in edgeless photonic crystal resonators. Nature Photonics (2021)https:/ / doi.org/10.1038/ s41566-021-00800-3