Fremstilling og kontrol af krystaller af lys

Optiske mikroresonatorer konverterer laserlys til ultrakorte pulser, der bevæger sig omkring resonatorens omkreds. Disse pulser, kaldet "dissipative Kerr solitons, "kan forplante sig i mikroresonatoren og bevare deres form.

Når solitons forlader mikroresonatoren, outputlyset har form af et pulstog - en række gentagne impulser med faste intervaller. I dette tilfælde, pulsenes gentagelseshastighed bestemmes af mikroresonatorstørrelsen. Mindre størrelser muliggør pulstog med høje gentagelseshastigheder, når hundredvis af gigahertz i frekvens. Disse kan bruges til at øge ydeevnen for optiske kommunikationsforbindelser eller blive en kerneteknologi til ultrahurtig LiDAR med sub-mikron præcision.

Selvom det er spændende, denne teknologi lider under, hvad forskere kalder "lysbøjningstab"-tab af lys forårsaget af strukturelle bøjninger i dens vej. Et velkendt problem inden for fiberoptik, lysbøjningstab betyder også, at størrelsen af ​​mikroresonatorer ikke kan falde til under et par titalls mikroner. Dette begrænser derfor de maksimale gentagelseshastigheder, vi kan opnå for pulser.

Udgivelse i Naturfysik , forskere fra laboratoriet af Tobias J. Kippenberg ved EPFL har nu fundet en måde at omgå denne begrænsning og frakoble pulsrepetitionsfrekvensen fra mikroresonatorstørrelsen ved at generere flere solitons i en enkelt mikroresonator.

Forskerne opdagede en måde at så mikroresonatoren med det maksimalt mulige antal afledende Kerr -solitoner med præcis lige afstand mellem dem. Denne nye lysdannelse kan betragtes som en optisk analog til atomkæder i krystallinske faste stoffer, og derfor kaldte forskerne dem "perfekte solitonkrystaller" (PSC'er).

På grund af interferometrisk forbedring og det høje antal optiske pulser, PSC'er multiplicerer sammenhængende ydelsen af ​​det resulterende pulstog - ikke kun dets gentagelseshastighed, men også dens magt.

Forskerne undersøgte også dynamikken i PSC -formationer. På trods af deres meget organiserede struktur, de ser ud til at være tæt forbundet med optisk kaos, et fænomen forårsaget af lys ustabilitet i optiske mikroresonatorer, hvilket også er almindeligt for halvlederbaserede og fiberlasersystemer.

"Vores fund gør det muligt at generere optiske pulstog med ultrahøje gentagelseshastigheder med flere terahertz, ved hjælp af almindelige mikroresonatorer, "siger forsker Maxim Karpov." Disse kan bruges til flere applikationer inden for spektroskopi, afstandsmålinger, og som en kilde til støjsvag terahertz-stråling med et chipstørrelsesaftryk. "

I mellemtiden, den nye forståelse af soliton -dynamik i optiske mikroresonatorer og PSC'ers adfærd åbner nye veje ind for solitonensembles grundfysik i ikke -lineære systemer.