Analytic description of four-wave mixing in silicon-on-insulator waveguides

绝缘体上的硅 物理 四波混频 波导管 混合(物理) 非线性系统 光学 波长 非线性光学 信号(编程语言) 吸收(声学) 微分方程 数学分析 量子力学 光电子学 数学 计算机科学 程序设计语言
作者
Søren Michael Mørk Friis,Jacob Gade Koefoed,Kai Guo,Karsten Rottwitt
出处
期刊:Journal of The Optical Society of America B-optical Physics [The Optical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1364/josab.35.000702
摘要

We develop an analytic description of continuous-wave four-wave mixing in silicon-on-insulator (SOI) waveguides including linear loss, two-photon absorption, and free-carrier absorption. Under the undepleted pump approximation, the pump equation decouples from the signal and idler equations and becomes a nonlinear differential equation that we solve analytically without further approximations. The signal and idler equations have no known solutions for arbitrary pump power evolution, but we calculate approximate field expressions based on a Magnus expansion, which has been used to study time-ordering effects in quantum optics. Lastly, we show that the phase-matching condition changes through the waveguide and that this explains the shape of the wavelength-conversion-efficiency spectrum in SOI waveguides and why it differs from that of highly nonlinear silica fibers.

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