[发明专利]非互易性光传播系统和方法

说明书

一种光学谐振器系统，包括光学谐振器(30)和用于以在第一波和第二波之间产生非线性相互作用的总强度从而破坏对称性地将反向传播波耦合到谐振器中的装置(32、42、44)，在第一和波第二反向传播波之间建立不同的谐振频率，从而在相反方向上产生不同的光学效应。共同的光源，例如激光器(32)，与放大器(40)和调制器(50)一起使用，或者可以采用不同的光源。

本发明涉及光学谐振器系统和方法，并且更具体地，涉及具有非线性光学谐振器中的反向传播光波的对称性破坏的系统和方法。

论文：A.E.Kaplan,P.Meystre,Enhancement of the Sagnac effect due tononlinearly induced nonreciprocity(由于非线性引起的非互易性而增强Sagnac效应)，Optics Letters，6,590-2(1981)，公开了一种非线性环形干涉仪，其中反向传播波的非线性引起的非互易性是由非线性介质中的折射率光栅的形成导致的。

US 2003/0123780 A1公开了在集成环形谐振器中实现克尔效应，其中波在相反方向上传播。在一个方向上行进的光调制在另一方向上的功率。所使用的功率不足以产生对称性破坏并且没有差分谐振偏移。

许多现有技术文献公开了不是谐振器的光学环路布置，例如WO00/54080A、WO2010/025258A1、JP H08334800A、US 5677767A和EP3046191A1。

本发明的各方面寻求提供一种用光控制光的有效方式。

根据本发明的第一方面，提供了一种谐振器系统，包括：光学环路谐振器，所述光学环路谐振器由具有非互易性光学非线性材料制成，使得反向传播光的存在引起比相同强度的同向传播光更强的谐振频率变化；装置，用于将来自至少一个光源的第一光波和第二光波在相反方向上以使得在第一和第二反向传播波之间产生非线性相互作用的总强度引入到谐振器中，从而为两个不同的光传播方向建立不同的谐振频率。

光波由一个或多个激光器产生。

优选地，第一和第二反向传播波具有相应的谐振频率，所述谐振频率之间的差异与第一和第二光波的频率之间的差异(如果有的话)不同。

在本发明的实施方式中，对称性破坏对应于谐振频率分裂，所述谐振频率分裂允许两个反向传播(但在其他方面相同)光波中的仅一个在谐振器中循环。等效地，对称性破坏可以被视为驻波的坍缩并且转变为谐振器内的行波。所产生的效应具有允许广泛的实际应用的优点。

非线性相互作用优选地通过克尔效应产生。可替代地，它可以通过另一非线性效应产生，诸如布里渊散射或拉曼散射，其将允许使用环形或线性谐振器。可替代地，非线性效应可以通过其他破坏反向传播光波之间对称性的光学非线性产生。

优选地，所述谐振器包括环形谐振器，并且波以顺时针和逆时针方向耦合到谐振器中。术语“环形”并不意味着谐振器需是圆形的。本发明的优选实施方式的优点是谐振器是单片的，并且不需要镜子。

该系统优选地包括用于将顺时针传播波引入到谐振器中的第一臂和用于将逆时针传播波引入到谐振器中的第二臂。臂可以由共同的激光源馈送。这具有提供紧凑、可控的设备的优点。

可替代地，臂可以由在谐振器中的谐振的相同或不同频率下操作的不同光源馈送。

对于共同的源，臂中的一个优选地包括衰减和/或调制装置，例如，Mach-Zehnder调制器。这允许调制光功率(即强度)的比率和/或馈送到各个臂的频率。

每个臂优选地包括连接到相应测量装置的相应分光装置。分光装置将来自谐振器的光分离，并能够例如使用光电二极管测量谐振器的顺时针和/或逆时针谐振器功率。可替代地，或者另外，可以测量顺时针和逆时针频率或相位。