models.woptics.optical_ring_resonator.zh_CN.pdf

光学环形谐振腔是一种重要的光学组件，常用于光通信、光传感和量子信息处理等领域。本模型基于COMSOL Multiphysics 5.4版本，用于模拟和分析光学环形谐振腔的陷波滤波器特性。 环形谐振腔的基本构造包括直波导和环形波导，两者芯层靠近，使得光能从一个波导耦合到另一个。当环形波导的长度等于光波长的整数倍时，会发生谐振，光能在环内积累，形成高能量状态。直波导中的入射光波与从环形波导耦合回来的光波干涉，形成透射光。环形谐振腔可以用下面的矩阵-矢量关系来描述： (1) 入射场与透射场的关系 (2) 功率守恒 (3) 耦合系数与传输系数的关系 在谐振条件下，透射场为零，这对应于临界耦合，此时环形波导的损耗与耦合器的传输损耗相等。这样的条件使得环形谐振腔可以作为陷波滤波器，阻止特定波长的光通过，从而实现带阻功能。 模型的建立使用了“电磁波，波束包络”接口，适用于处理多个波长范围内的传播问题。由于光主要沿直波导和环形波导单向传播，所以采用了单向公式。电场被表示为慢变场包络函数，考虑了相位变化。在直波导与环形波导的边界，使用“场连续性”边界条件来处理相位不连续，确保电场和磁场的切向分量连续。 模型的结果展示了光学环形谐振腔的透射光谱（图3），在特定谐振波长，透射率显著降低，形成了陷波。同时，图4展示了在谐振波长时的电场分布，直波导中的出射场几乎为零，因为直波导和环形波导中的场在耦合器中异相干涉。 通过这个模型，我们可以深入了解光学环形谐振腔的工作原理，并优化设计参数以实现所需的滤波特性。在实际应用中，这种环形谐振腔可能用于光通信系统中的信号选择和隔离，或者在量子计算中作为量子比特的存储和操作元件。