Optické frekvenční hřebeny našly novou dimenzi

Ozubené solitony ve fotonickém dimeru. Fotografický kredit: EPFL / Alexey Tikan

Periodické světelné impulsy, které tvoří hřeben ve frekvenční doméně, se často používají pro procesy detekce a odstraňování. Klíč k miniaturizaci této technologie směrem k řešení integrovaným do čipu spočívá ve generování disipativních solitonů v prstencových mikrorezonátorech. Disipativní solitony jsou stabilní pulsy, které cirkulují po obvodu nelineárního rezonátoru.

Od své první demonstrace byl proces tvorby disipativního solitonu rozsáhle studován a nyní je vnímán spíše jako znalost učebnice. Různé výzkumné skupiny po celém světě aktivně zkoumají různé směry dalšího vývoje. Jedním z těchto směrů je generování solitonů ve spojených rezonátorech. Kolektivní akce mnoha rezonátorů slibuje lepší výkon a kontrolu nad frekvenčními hřebeny s využitím jiné (prostorové) dimenze.

Jak ale spojení dalších rezonátorů změní proces generování solitonů? Identické oscilátory jakéhokoli druhu, které se navzájem ovlivňují, již nelze považovat za řadu různých prvků. Kvůli hybridizačnímu jevu excitace takového systému ovlivňuje všechny jeho prvky a systém musí být považován za celek.

Nejjednodušším případem, kdy probíhá hybridizace, jsou dva spojené oscilátory nebo v molekulární terminologii dimer. Kromě vázaných kyvadel a atomů, které tvoří molekulu, dochází u hybridních režimů spojených optických mikroresonátorů k hybridizaci, ale na rozdíl od jiných systémů je počet zapojených režimů velký (obvykle od deseti do sto). Solitony ve fotonickém dimeru jsou tedy generovány v hybridizovaných režimech, které zahrnují oba rezonátory, což přidává další úroveň kontroly, když má člověk přístup k hybridizačním parametrům.

Ozubená kola jako hybridní režimy dimeru

Ozubená kola jako hybridizované režimy dimeru a spektrální profil solitonového převodu. Fotografický kredit: EPFL / Alexey Tikan

V článku publikovaném Přírodní fyzikaVědci z laboratoře Tobiase J. Kippenberga v EPFL a z IBM Research Europe pod vedením Paula Seidlera demonstrovali generování disipativních solitonů a tím koherentní frekvenční hřebeny ve fotonické molekule složené ze dvou mikrorezonátorů. Vytvoření solitonu v dimeru implikuje dva kontraproduktivní solitony v obou rezonátorových prstencích. Základní elektrické pole za každým režimem dimeru připomíná dvě ozubená kola rotující v opačných směrech, a proto se solitonům ve fotonickém dimeru říká solitony ozubených kol. Autoři aplikovali ohřívače na oba rezonátory a kontrolovali tak hybridizaci. Ukázali ladění frekvenčního hřebenu na základě soliton v reálném čase.

Dokonce i jednoduché dimerové uspořádání ukázalo, kromě generování hybridizovaných (převodových) solitonů, množství naléhavých jevů, tj. Jevů, které nejsou přítomny na úrovni jednotlivých částic (rezonátorů). Vědci například předpovídali účinek solitonového skoku: periodická výměna energie mezi rezonátory, které tvoří dimer, při zachování solitonického stavu. Tento jev je výsledkem simultánního generování solitonů v obou rodinách hybridizovaného režimu, jejichž interakce vede k energetickým oscilacím. Soliton hopping lze použít například ke generování konfigurovatelných hřebenů ve vysokofrekvenčním rozsahu.

“Fyzika generování solitonů v jediném rezonátoru je dnes poměrně dobře známá,” říká Alexey Tikan, výzkumný pracovník Laboratoře pro fotoniku a kvantová měření v EPFL. “Tato oblast zkoumá další směry vývoje a zlepšování.” Spojené rezonátory jsou jednou z mála takových perspektiv. Tento přístup umožňuje použití konceptů z příbuzných oblastí fyziky. Například topologický izolátor (známý ve fyzice pevných látek) lze vytvořit spojením rezonátorů do mřížky, což má za následek vytvoření robustních frekvenčních hřebenů, které jsou imunní vůči defektům mřížky a přitom těží ze zlepšené účinnosti a dalších úrovní kontroly . Naše práce je krokem k těmto fascinujícím nápadům! “

Odkaz: „Vznikající nelineární jevy v řízeném disipativním fotonickém dimeru“ A. Tikan, J. Riemensberger, K. Komagata, S. Hönl, M. Churaev, C. Skehan, H. Guo, RN Wang, J. Liu, P . Seidler a TJ Kippenberg, 15. února 2021, Přírodní fyzika.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01159-r

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Proč jsou metody distribuce vakcín COVID-19 krátké + 3 způsoby, jak je vylepšit

Objevilo se několik návrhů, jak distribuovat COVID-19 vakcíny, ale nezajistí spravedlivé rozdělení vakcíny. Tým, který zahrnuje Nicole Hassoun, profesorku na Binghamton University, navrhuje...

Obstrukční spánková apnoe je běžná u lidí s kognitivními poruchami – je léčitelná

Léčitelná porucha spánku, která je běžná u lidí s poruchami myšlení a paměti. K obstrukční spánkové apnoe dochází, když je během spánku dýchání opakovaně přerušováno....

Kvantové tunelování v grafenu posouvá éru vysokorychlostní bezdrátové komunikace Terahertz

Kvantové tunelování. Půjčka: Tisková kancelář Daria Sokol / MIPT Vědci z MIPT, Moskevské státní pedagogické univerzity a univerzity v Manchesteru vyvinuli velmi citlivý terahertzový...

Využití vibračních molekul ke studiu vlnových vlastností hmoty

Molekulární ionty HD + (páry žlutých a červených bodů) v iontové pasti (šedé) jsou ozářeny laserovou vlnou (červená). To vede k kvantovým skokům,...

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.