Coafurile cu frecvență optică au găsit o nouă dimensiune

Angrenaje solitare într-un dimmer fotonic. Credit: EPFL / Alexey Tikan

Impulsurile periodice de lumină care formează un pieptene în domeniul frecvenței sunt utilizate pe scară largă pentru detectare și interval. Cheia miniaturizării acestei tehnologii către soluții integrate cu cipuri este generarea de solitoni disipativi în microrezonatori în formă de inel. Solitonii disipativi sunt impulsuri stabile care circulă în jurul circumferinței unui rezonator neliniar.

De la prima sa demonstrație, procesul de formare a solitonilor disipativi a fost studiat pe larg și este acum considerat mai degrabă ca o cunoaștere a manualelor. Diverse grupuri de cercetare din întreaga lume investighează activ diferite direcții de dezvoltare ulterioară. Una dintre aceste direcții este generarea de solitoni în rezonatori cuplați. Efectul colectiv al multor rezonatori promite performanțe și control mai bun asupra pantei de frecvență, profitând de o altă dimensiune (spațială).

Dar cum schimbă cuplarea rezonatorilor suplimentari procesul de generare a solitonului? Oscilatoarele identice de orice fel, care se afectează reciproc, nu mai pot fi considerate ca un set de elemente diferite. Datorită fenomenului de hibridizare, excitația acestui sistem influențează toate elementele sale și sistemul trebuie tratat ca un întreg.

Cel mai simplu caz când apare hibridizarea sunt doi oscilatori cuplați sau, în terminologia moleculară, un dimer. În plus față de pendulele și atomii cuplați care alcătuiesc o moleculă, modurile de microrezonator optic cuplat suferă hibridizare, dar spre deosebire de alte sisteme, numărul modurilor implicate este mare (de obicei de la zeci la sute). Prin urmare, solitonii unui dimer fotonic sunt generați în moduri hibridizate care implică ambii rezonatori, ceea ce adaugă un alt grad de control dacă cineva are acces la parametrii de hibridizare.

Angrenaje ca moduri de estompare hibridă

Angrenajele ca moduri hibride ale dimerului și un profil spectral al unui soliton de transmisie. Credit: EPFL / Alexey Tikan

Într-un articol publicat în Fizica naturii, cercetătorii din laboratorul lui Tobias J. Kippenberg de la EPFL și IBM Research Europe condus de Paul Seidler, au demonstrat generarea de solitoni disipativi și combate astfel frecvența coerentă într-o moleculă fotonică formată din doi microrezonatori. Generarea unui soliton în dimer implică doi solitoni de contrapropagare în ambele inele rezonatoare. Câmpul electric care stă la baza tuturor modurilor dimerului seamănă cu două trepte de viteză care se rotesc în direcții opuse, motiv pentru care solitonii dimerului fotonic se numesc Gear Solitons. Imprimând încălzitoare pe ambele rezonatoare și controlând astfel hibridizarea, autorii au demonstrat reglarea în timp real a pieptenei de frecvență bazată pe soliton.

Chiar și simpla dispunere a dimerilor, pe lângă generarea de solitoni hibrizi (angrenaje), a demonstrat o mare varietate de fenomene emergente, adică fenomene care nu sunt prezente la nivelul unei particule (rezonator). De exemplu, cercetătorii au prezis efectul saltului de soliton: schimb periodic de energie între rezonatori care formează dimerul menținând în același timp starea de soliton. Acest fenomen este rezultatul generării simultane de solitoni în ambele familii de moduri hibride a căror interacțiune duce la oscilația energiei. Saltul Soliton, de exemplu, poate fi utilizat pentru generarea de piepteni configurabili în domeniul frecvenței radio.

„Fizica generării solitonului într-un singur rezonator este relativ bine înțeleasă astăzi”, spune Alexey Tikan, cercetător în Laboratorul de Fotonică și Măsurători Cuantice, EPFL. „Domeniul explorează alte direcții de dezvoltare și îmbunătățire. Rezonatoarele cuplate sunt una dintre acele puține perspective. Această abordare va permite utilizarea conceptelor din domeniile adiacente ale fizicii. De exemplu, un izolator topologic (cunoscut în fizica stării solide) poate fi format prin cuplarea rezonatorilor într-o rețea, ceea ce va duce la generarea de pieptene robuste de frecvență imune la defectele rețelei și, în același timp, eliminarea profită de eficiență suplimentară grade de control. Munca noastră face un pas către aceste idei fascinante! ”

Referință: „Fenomene neliniare emergente într-un dimer fotonic disipativ condus” de A. Tikan, J. Riemensberger, K. Komagata, S. Hönl, M. Churaev, C. Skehan, H. Guo, RN Wang, J. Liu, P Seidler și TJ Kippenberg, 15 februarie 2021, Fizica naturii.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01159-i

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.