基于耦合微腔系统的光学法诺共振（Fano resonance）现象源自离散模式与（准）连续模式之间的干涉作用。当在pi范围内改变模式间相移，透射谱中的谐振线型恰能呈现出从经典的洛伦兹线型，到反对称峰，乃至类电磁诱导透明（EIT-like）尖峰的演化过程。根据不同的谐振特性，上述线型也被分别应用于光学传感、全光开光、带通滤波等领域。若能在单一法诺共振系统中实现对不同线型的灵活调节，将显著地扩展器件的功能范围。然而，目前大多数对法诺线型的调制手段主要关注模式间的传输相位，通过引入热光效应等外加调制手段来改变模式间有效折射率差，或直接改变结构的几何参数，其调节效率低，线型变化范围有限，且后者难以适用于片上集成的场景。

在本文中，我们提出了一种光栅耦合器辅助下锥型波导耦合微环谐振腔的结构，通过设计各部件的几何参数来控制模式间的耦合与色散，利用波导中非谐振的TE1模式与微腔内的TE0模式之间的干涉作用，在薄膜铌酸锂平台上实现了同时具备频域-空间二重维度可调性的片上法诺共振谱，且在其中任一维度下对模间相移的理论调节范围可达2pi。这意味着我们可以获得C波段任意谐振模式下的任意法诺线型。

图1 (a)光栅辅助的光纤-片上耦合系统。（b-e）薄膜铌酸锂上波导耦合微环腔结构的扫描电镜图。(f)未加载和（g）加载微环谐振腔后系统的透射谱。（h）理论拟合下各个谐振模式的q因子及对应相移。（i）对特定模式的法诺拟合，以及（j）对应数值仿真结果。

图1（a-e）展示了实验中所用的光栅耦合系统以及薄膜铌酸锂上的法诺共振结构实物图。利用单模光纤耦合光栅，片上波导内的TE0及TE1模式被激发。随着锥型波导宽度由15um缩减至耦合区域的0.8um，两个模式间的色散被进一步增大。如图1（f）所示，当仅有锥型波导存在时，透射谱背景强度在1520-1570nm范围内呈现出一个完整的震荡周期，代表着模间相移可仅通过C波段扫频实现2pi的改变；当上述结构与微环谐振腔耦合时，透射谱中出现了一系列形态各异的谐振线型。通过对各个谐振模式进行拟合，可得表征其线型不对称性的法诺因子q，由此可进一步计算得到对应模间相移，如图1（h）所示。此外，根据实验中测得的透射谱，我们还对系统中的各项参数进行了估算，基于此的数值仿真结果与实验吻合良好（见图1（j））。

图2 (a)光栅耦合器，以及TE0和TE1模式在锥型波导尾端的场分布示意图。 （b-e）不同光栅耦合位置及谐振波长下的可调法诺共振线型，以及（f）相应模间相移。

另一方面，我们考虑波导TE1模式反对称分布的横场相位特征。如图2（a）所示，TE1模式中两瓣的横场相位天然相差pi。这种横向空间上的相位差异也一并影响了它与TE0模式间的相移。当我们在接收端横向移动单模光纤，便可以灵活快速地实现pi范围内对模间相移、乃至透射线型的调制。在此基础上加入对入射端光纤耦合位置的调节，可以进一步改变模式激发时的初始相位关系，从而将调节范围扩展至2pi。图2（b-e）展示了实验上改变输入输出端光纤耦合位置时谐振线型在一个周期内的连续变化，与理论预测符合良好。同时，不同波长下谐振模式间的相对相位关系在此过程中几乎保持不变，显示了我们的结构在联合多维度调节法诺线型中的巨大潜力，有望在芯片级别的光学传感和信号处理等领域发挥重要作用。

该成果发表在“Tingge Yuan†, Xueyi Wang†, Jiangwei Wu, Yuping Chen, and Xianfeng Chen. Frequency-space selective Fano resonance based on a micro-ring resonator on lithium niobate on insulator, Laser & Photonics Reviews，2400457 (1 of 9), (2024)”。 论文的第一作者为博士生袁汀格，通讯作者为陈玉萍教授，陈险峰教授为论文的合作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202400457

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