非线性谐振光子学中的时域耦合模理论：从基本原理到包含二维材料、色散、损耗与增益的现代系统
光学
2024-07-08 v2 数学物理
math.MP
摘要
时域耦合模理论是一个备受赞誉且被广泛使用的理论框架，用于对任何集成或自由空间光子谐振结构的连续波响应和时域动力学进行建模。它最初被用于理解能量如何耦合进出谐振腔以及如何在不同谐振模式之间交换。在其建立后的 30 年里，CMT 已被扩展用于描述广泛的非线性相互作用（自相位调制与交叉相位调制、可饱和吸收、频率生成、增益等）。在本教程中，我们全面介绍了 CMT 的基本原理及其多年来的发展演变，展示了其在分析和设计线性与非线性谐振光子系统方面的巨大能力。重要的是，我们重点关注了结合现代块体或片层（2D）材料的现代开放纳米光子谐振器的实例，这些材料可能具有损耗和色散。对于所研究的每个线性/非线性效应，我们遵循严谨的、循序渐进的方法，从物理现象的精确模型出发，将其引入 CMT 框架，直至有效求解所得的方程组。我们的工作突显了 CMT 作为一种高效、准确且通用的理论工具的优点。我们期望它既可以作为任何读者的入门参考，也可以作为一本关于如何将广泛的线性和非线性效应纳入 CMT 框架的综合手册。
引用
@article{arxiv.2312.03539,
title = {Temporal coupled-mode theory in nonlinear resonant photonics: From basic principles to contemporary systems with 2D materials, dispersion, loss, and gain},
author = {Thomas Christopoulos and Odysseas Tsilipakos and Emmanouil E. Kriezis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.03539},
year = {2024}
}