光子晶体结构中的 Fano 共振控制及其在超快开关中的应用

Fano 共振出现在量子力学以及经典系统中，是两条路径干涉的结果：一条涉及离散共振，另一条涉及连续谱。与以 Lorentzian 光谱响应为特征的常规共振相比，Fano 共振特有的不对称且尖锐的光谱响应被认为能够实现具有优越特性的光子开关和传感器。虽然在等离激元和光子晶体结构中都已实验演示了 Fano 共振的出现，但这些共振的控制在实验上具有挑战性，通常涉及近共振腔的耦合。在此，我们实验演示了两种简单的结构，它们允许对 Fano 光谱进行令人惊讶的鲁棒控制。一种结构依赖于控制其中一条路径的振幅，另一种则利用对称性破缺。短脉冲动态测量表明，除了大幅提高开关对比度外，传输动力学本身也受到共振性质的强烈影响。因此，利用 Fano 共振非线性传递函数此前未被认识的重整化效应，可以减少由长载流子寿命暗示的慢恢复拖尾的影响。我们首次展示了 Fano 结构的系统应用，通过实验实现了 10 Gbit/s 的全光调制，在输入功率小于 1 mW 时误码率约为 10$^{-7}$，从而证明了其优势。与使用常规 Lorentzian 共振相比，这些结果代表了显著的改进。