CC BY
1я А sE 22-24 0КТЯбРЯ 2024 г-
Мультистабильность в системе связанных оптических микрорезонаторов с термо-оптической нелинейностью
Марисова М.П., Андрианов А.В., Анашкина Е.А.
Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук,
Нижний Новгород
Е-mail: marisova.mariya@rambler.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-35-36
Оптические диэлектрические микрорезонаторы привлекают особое внимание исследователей в последнее время. Термо -оптическая нелинейность — один из наиболее распространённых типов нелинейности в таких системах: из-за частичного поглощения накачки микрорезонатор нагревается, что приводит к сдвигу собственных частот, вызванному как тепловым расширением, так и dn/dT. Системы из нескольких связанных микрорезонаторов обладают дополнительными степенями свободы, и подробное изучение нелинейных эффектов в таких системах также представляет интерес [1]. В данной работе было проведено исследование стационарных и нестационарных эффектов в системе из двух связанных микрорезонаторов с термо-оптической нелинейностью.
Разработанная теоретическая модель основана на теории связанных мод. Предполагалось, что излучение вводят в систему несимметрично, с помощью волоконной перетяжки, расположенной около одного из двух микрорезонаторов. Диаметр микрорезонаторов 50 мкм, материал — кварцевое стекло. Оптические характеристики взаимодействующих парциальных фундаментальных мод (частоты /1,2, добротность, коэффициент связи) были получены из конечно -элементного моделирования, учитывающего геометрию системы, а термо-оптические характеристики — с помощью ранее разработанных моделей для одиночных резонаторов [2].
Получено, что в системе возможны от 1 до 9 стационарных состояний (см. рис. 1), из которых не более 4 являются устойчивыми. Образованию новых пар стационарных состояний при изменении параметров накачки соответствуют бифуркации типа «седло — узел» (линии и маркеры красного цвета на рис. 1). Также были найдены бифуркации Андронова-Хопфа (А1-3 на рис. 1). Бифуркации А2,з могут приводить к установлению автоколебательных режимов.
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-----------« недели.
ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
Показано, что характеристиками автоколебаний можно управлять с помощью частотной отстройки накачки: удаление от точек А2,з приводит к росту периода и амплитуды колебаний. При увеличении мощности накачки в области между А2 и Аз появляется пара гомоклинических бифуркаций Ш,2 (бифуркации петли сепаратрисы седла), приводящих к разрушению автоколебательных режимов в области между Н1 и Н2. Помимо случая /1 = /2, показанного на рис. 1, был также рассмотрен случай наличия малой межмодовой отстройки.
Число стац. решений
Стационарные решения:
устойчивые :::: неустойчивые
-10 0 10 20 30™ -io 0 10 20 3<f -10 0 10 20 30 Отстройка накачки (Д), отн.ед. Отстройка (Д), отн. ед. Отстройка (Л), огн. ед. _ Бифуркации:
— ° седло узел гомоклиническая (петля
— * Андронова-Хопфа (А^з) "" сепаратрисы седла) (Н,_2)
Рис. 1. (а) Полученная бифуркационная диаграмма и число стационарных состояний как функция параметров накачки приf = f2. (б-д) Рассчитанные зависимости внутрирезонаторных мощностей в стационарном режиме от частотной отстройки накачки при постоянной мощности накачки; f = f2.
Проведён анализ возможных переключений между устойчивыми стационарными состояниями в системе при медленном сканировании частоты накачки. Показано, что не все устойчивые ветки стационарного решения могут быть достигнуты таким образом приf ^ f2; однако, это возможно реализовать в случае f <f2.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 20-72-10188-П.
1. L. Jin et al., APL Photonics. 2020, 5, 056106.
2. Marisova M.P. et al., Sensors. 2023, 23, 717.
