Применение системы со свойствами PT-симметрии, состоящей из оптически связанных активного и замкнутого в трек пассивного волноводов, для повышения предельной чувствительности оптических датчиков на основе пассивных кольцевых резонаторов

Аннотация: Исследование посвящено повышению предельной чувствительности датчиков на основе пассивных кольцевых резонаторов за счет применения свойств PT-симметрии. Рассматривается простейшая система со свойствами PT-симметрии, образованная двумя параллельными волноводами, один из которых характеризуется усилением, а другой – потерями; при этом пассивный волновод является частью подключенного к системе кольцевого резонатора. Применение такой схемы позволяет повысить предельную чувствительность датчиков на основе пассивных кольцевых резонаторов. Система может использоваться в нескольких режимах работы. Первый режим реализуется при коэффициенте усиления активного волновода, не превышающем удельный коэффициент связи параллельных волноводов. При работе в этом режиме можно повысить предельную чувствительность более чем на порядок: в рассмотренном примере – в 12 раз. Второй режим реализуется при некотором оптимальном соотношении значений параметров системы. Теоретически он позволяет почти неограниченно повышать крутизну коэффициента передачи системы около частот, располагающихся между собственными частотами резонатора, и, соответственно, увеличивать предельную чувствительность. Но при этом также почти неограниченно растет и усиление проходящего через систему света, что должно препятствовать практической реализации режима. На практике использование второго режима может быть оправдано при работе датчиков около собственных частот резонатора, где система не усиливает проходящий свет. В рассмотренном примере это позволило увеличить предельную чувствительность в 76 раз. Также проанализировано влияние параметров системы на настройку указанных режимов.

Ключевые слова: оптические датчики, пассивный кольцевой резонатор, PT-симметрия, предельная чувствительность.