光学谐振腔与波导模式的广义理论及其线性与非线性克尔耦合

我们从第一性原理推导了介电光学谐振腔模式之间线性耦合与克尔非线性耦合的一般理论。该处理不特定于某种几何结构或模式基的选择,因此可作为描述由线性耦合、散射和克尔非线性的任意组合所引起的任何现象的基础,例如弯曲与表面粗糙度损耗、几何背向散射、自相位调制与交叉相位调制、四波混频、三次谐波生成以及克尔频率梳生成。随后将该理论应用于具有平移对称性的波导,以计算其与附近放置的微谐振腔模式的倏逝耦合强度,以及谐振腔模式之间的克尔自相位调制与交叉相位调制项。由此推导出一个无量纲方程,描述环形谐振腔中两个反向传播模式的对称破缺动力学,并证明仅当两个反向传播模式在其他方面完全相同时,交叉相位调制才恰好为自相位调制的两倍强。