針對Sagnac干涉在集成光子器件中的諸多應用，澳大利亞斯威本科技大學的學者們在美國物理聯合會 (American Institute of Physics) 旗下期刊Applied Physics Reviews上以“Sagnac interference in integrated photonics”為題發表綜述文章。
文章的第一作者為斯威本科技大學國際博士生Hamed Arianfard，斯威本科技大學David J. Moss教授和斯威本科技大學高級講師Jiayang Wu博士為共同通訊作者，其他作者還包括斯威本科技大學的Saulius Juodkazis教授。
該論文首先總結了光學干涉器的若干基本結構 (圖1) 及其各自優勢，并重點介紹了Sagnac干涉器的特點，以及其從空間光器件平臺到光纖器件平臺再到集成光器件平臺的發展歷程 (圖2)。
圖2：Sagnac干涉器的發明者法國物理學家Georges Sagnac (1869 ? 1928) 以及基于Sagnac干涉的光學器件的發展歷程
其次，論文將集成Sagnac干涉器作為集成光子器件中的基本結構單元，和其他基本結構單元如馬赫曾德干涉器，環形諧振器，以及光子晶體諧振腔，布拉格光柵進行了特性對比(圖3-5)，并對集成Sagnac干涉器件的仿真建模方法進行了具體介紹。
圖3：集成光子器件中的基本結構單元 (a) 定向耦合器， 以及以其為基礎衍生的二級結構單元包括 (b) 馬赫曾德干涉器，(c) 環形諧振器，和 (d) Sagnac 干涉器
圖4：集成馬赫曾德干涉器，分插復用型環形諧振器，以及級聯Sagnac干涉器的幅頻響應對比
圖5：集成一維光子晶體諧振腔，布拉格光柵，以及級聯Sagnac干涉器的幅頻響應對比
然后，論文對Sagnac干涉器件在集成光子學中的具體應用進行了分類總結，包括集成反射鏡，光陀螺儀(圖6)，光濾波器(圖7)，頻域交織器，量子物理現象的光學類似(圖8)，以及其他應用。其中光陀螺儀作為Sagnac干涉的典型應用，又具體分為基于波導干涉的光陀螺儀，基于無源諧振腔的光陀螺儀，和基于布里淵環形激光器的光陀螺儀。
圖6：部分集成陀螺儀舉例，Sagnac干涉是陀螺儀的基本工作原理
圖7：以Sagnac干涉器為基本結構單元的各類集成光濾波器
圖8：以Sagnac干涉器為基本單元的各類集成光子器件用于實現量子物理的基本現象如電磁誘導通透，Fano諧振，Autler-Towns分裂的光學類似(optical analogues)
最后，論文對目前集成Sagnac干涉器件在應用中存在的問題和未來的發展方向進行了討論和展望。
在現代工程學中，光學干涉器是精密測量所需要的基本器件，為當代社會的科學發展和科技進步提供了重要的技術支撐。作為光學干涉器的一種基本結構，Sagnac干涉器中沿不同方向傳播的光會經歷相同的物理光路，因而無需在不同光路間實現相位控制，從而具有很高的物理抗干擾性和較低的波長選擇性。
Sagnac干涉器最早由法國物理學家Georges Sagnac (1869 ? 1928)于1913年提出，并在20世紀60年代之后隨著空間光環形激光器和光纖器件的研究熱潮而快速發展壯大。如今經過110年的發展歷程， Sagnac干涉器已在現代航海，天文，通信，傳感等諸多領域中具有及其廣泛應用，其中一個典型的應用便是光陀螺儀，可在船舶和飛行器中測量準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信息。
近年來，得益于集成光子器件制備工藝的不斷進步，Sagnac干涉器件在集成光子學中得到了快速發展和廣泛應用。相較于傳統基于空間光路和光纖器件實現的Sagnac干涉系統，片上集成的Sagnac干涉系統具有體積小，功耗低，穩定性高，擴展性強的優勢。此外，相較于集成光子器件中的基本結構單元如馬赫曾德干涉器和環形諧振器，其中光只沿一個方向傳播，Sagnac干涉器件可以在光路中引入光的雙向傳播，這使得器件干涉更加豐富，響應也更為多元化。在過去的10年中，很多以Sagnac干涉器為基本結構單元的集成光子器件不斷涌現，并展現出許多傳統集成光子器件所不具備的新特性和優勢。此外，作為集成光子器件中的基本結構單元，Sagnac干涉器與馬赫曾德干涉器和環形諧振器還具有很好的兼容性，這使得他們之間可以優勢互補，從而設計實現更為強大的混合光學系統。
研究者們相信，隨著研究的不斷深入和相關產品的開發，集成Sagnac干涉器件將在未來十年繼續蓬勃發展，其器件制備水平將更加提升，應用范圍也將進一步擴大。越來越多的相關從業者將接過一生熱愛光學研究的Georges Sagnac手中的火炬，致力于不斷縮小集成Sagnac干涉器件在科學研究和實際應用之間的差距。
論文信息
Hamed Arianfard, Saulius Juodkazis, David J. Moss, and Jiayang Wu, "Sagnac interference in integrated photonics", Applied Physics Reviews 10, 011309 (2023)
