针对Sagnac干涉在集成光子器件中的诸多应用，澳大利亚斯威本科技大学的学者们在美国物理联合会 (American Institute of Physics) 旗下期刊Applied Physics Reviews上以“Sagnac interference in integrated photonics”为题发表综述文章。
文章的第一作者为斯威本科技大学国际博士生Hamed Arianfard，斯威本科技大学David J. Moss教授和斯威本科技大学高级讲师Jiayang Wu博士为共同通讯作者，其他作者还包括斯威本科技大学的Saulius Juodkazis教授。
该论文首先总结了光学干涉器的若干基本结构 (图1) 及其各自优势，并重点介绍了Sagnac干涉器的特点，以及其从空间光器件平台到光纤器件平台再到集成光器件平台的发展历程 (图2)。
图2：Sagnac干涉器的发明者法国物理学家Georges Sagnac (1869 ‒ 1928) 以及基于Sagnac干涉的光学器件的发展历程
其次，论文将集成Sagnac干涉器作为集成光子器件中的基本结构单元，和其他基本结构单元如马赫曾德干涉器，环形谐振器，以及光子晶体谐振腔，布拉格光栅进行了特性对比(图3-5)，并对集成Sagnac干涉器件的仿真建模方法进行了具体介绍。
图3：集成光子器件中的基本结构单元 (a) 定向耦合器， 以及以其为基础衍生的二级结构单元包括 (b) 马赫曾德干涉器，(c) 环形谐振器，和 (d) Sagnac 干涉器
图4：集成马赫曾德干涉器，分插复用型环形谐振器，以及级联Sagnac干涉器的幅频响应对比
图5：集成一维光子晶体谐振腔，布拉格光栅，以及级联Sagnac干涉器的幅频响应对比
然后，论文对Sagnac干涉器件在集成光子学中的具体应用进行了分类总结，包括集成反射镜，光陀螺仪(图6)，光滤波器(图7)，频域交织器，量子物理现象的光学类似(图8)，以及其他应用。其中光陀螺仪作为Sagnac干涉的典型应用，又具体分为基于波导干涉的光陀螺仪，基于无源谐振腔的光陀螺仪，和基于布里渊环形激光器的光陀螺仪。
图6：部分集成陀螺仪举例，Sagnac干涉是陀螺仪的基本工作原理
图7：以Sagnac干涉器为基本结构单元的各类集成光滤波器
图8：以Sagnac干涉器为基本单元的各类集成光子器件用于实现量子物理的基本现象如电磁诱导通透，Fano谐振，Autler-Towns分裂的光学类似(optical analogues)
最后，论文对目前集成Sagnac干涉器件在应用中存在的问题和未来的发展方向进行了讨论和展望。
在现代工程学中，光学干涉器是精密测量所需要的基本器件，为当代社会的科学发展和科技进步提供了重要的技术支撑。作为光学干涉器的一种基本结构，Sagnac干涉器中沿不同方向传播的光会经历相同的物理光路，因而无需在不同光路间实现相位控制，从而具有很高的物理抗干扰性和较低的波长选择性。
Sagnac干涉器最早由法国物理学家Georges Sagnac (1869 ‒ 1928)于1913年提出，并在20世纪60年代之后随着空间光环形激光器和光纤器件的研究热潮而快速发展壮大。如今经过110年的发展历程， Sagnac干涉器已在现代航海，天文，通信，传感等诸多领域中具有及其广泛应用，其中一个典型的应用便是光陀螺仪，可在船舶和飞行器中测量准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信息。
近年来，得益于集成光子器件制备工艺的不断进步，Sagnac干涉器件在集成光子学中得到了快速发展和广泛应用。相较于传统基于空间光路和光纤器件实现的Sagnac干涉系统，片上集成的Sagnac干涉系统具有体积小，功耗低，稳定性高，扩展性强的优势。此外，相较于集成光子器件中的基本结构单元如马赫曾德干涉器和环形谐振器，其中光只沿一个方向传播，Sagnac干涉器件可以在光路中引入光的双向传播，这使得器件干涉更加丰富，响应也更为多元化。在过去的10年中，很多以Sagnac干涉器为基本结构单元的集成光子器件不断涌现，并展现出许多传统集成光子器件所不具备的新特性和优势。此外，作为集成光子器件中的基本结构单元，Sagnac干涉器与马赫曾德干涉器和环形谐振器还具有很好的兼容性，这使得他们之间可以优势互补，从而设计实现更为强大的混合光学系统。
研究者们相信，随着研究的不断深入和相关产品的开发，集成Sagnac干涉器件将在未来十年继续蓬勃发展，其器件制备水平将更加提升，应用范围也将进一步扩大。越来越多的相关从业者将接过一生热爱光学研究的Georges Sagnac手中的火炬，致力于不断缩小集成Sagnac干涉器件在科学研究和实际应用之间的差距。
论文信息
Hamed Arianfard, Saulius Juodkazis, David J. Moss, and Jiayang Wu, "Sagnac interference in integrated photonics", Applied Physics Reviews 10, 011309 (2023)
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