Realtidsobservation af frekvenser Bloch-oscillationer med fiber loop-modulering

Bloch -svingninger (BO'er) blev oprindeligt forudsagt for elektroner i et fast gitter, da et statisk elektrisk felt påføres. Forskere i Kina skabte et syntetisk frekvensgitter i en fibersløjfe under afstemt fasemodulation og observerede frekvens BO'erne direkte i realtid. Frekvensspektret i telekommunikationsbåndet kan forskydes så stort som hundredvis af GHz. Undersøgelsen kan finde anvendelser inden for frekvensmanipulationer i optiske fiberkommunikationssystemer.

BO'er beskriver den periodiske bevægelse af elektroner i faste stoffer, som et eksternt statisk elektrisk felt påføres. Imidlertid, det er udfordrende at måle BO'erne direkte i naturlige faste stoffer, da elektronernes afslapningstid normalt er meget kortere end oscillationsperioden. Til dato, analogier af elektron BO'er er blevet udvidet til tidens syntetiske dimensioner, frekvens og vinkelmoment.

I tidligere undersøgelser, frekvensen BO'er er blevet eksperimentelt demonstreret i en ikke-lineær fiber med krydsfasemodulation. Imidlertid, frekvensspektret kun er opnået ved fiberens output, og dermed er udviklingsprocessen for BO'er kun målt indirekte. Ud over, frekvens BO'er er teoretisk blevet demonstreret i mikro-resonatorer under tidsmæssig modulering. I betragtning af den kompakte struktur af ringresonatorer, den direkte observation af BO'er står stadig over for vanskeligheder med at kompensere for effektreduktionen ved indsamling af signaler.

I et nyt papir udgivet i Letvidenskab og applikationer , et hold forskere, ledet af professor Bing Wang fra School of Physics og Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Kina, og kolleger har direkte observeret frekvens BO'erne i en moduleret fiber loop med tidsafstemning. Spektret af den hændende optiske puls oplevede en periodisk bevægelse i frekvensgitteret dannet af fasemodulationen. Tidsafstemningen producerede en effektiv elektrisk feltkraft i gitteret, som var forbundet med det effektive vektorpotentiale varierende med spektrumudviklingen. Derudover den forbigående udvikling af spektret blev målt i realtid ved hjælp af den dispersive Fourier transformation (DFT) teknik. Baseret på frekvensdomæne BO'er, en maksimal frekvensforskydning op til 82 GHz blev opnået. Indgangspulsens båndbredde blev også udvidet til 312 GHz.

Undersøgelsen tilbyder en lovende tilgang til at realisere BO'er i syntetiske dimensioner og kan finde anvendelser i frekvensmanipulationer i optiske fiberkommunikationssystemer. Disse forskere opsummerer arbejdets princip:"Fasemodulationen fremkalder koblingen mellem de tilstødende frekvensmåder, der konstruerer et gitter i frekvensdimensionen. Når den optiske puls forplanter sig i fibersløjfe, rundrejsetiden kan justeres ved hjælp af en optisk forsinkelseslinje. Der kan indføres en lille afstemning mellem pulscirkulationstiden og moduleringsperioden, som tjener som en effektiv elektrisk feltkraft i frekvensgitteret og dermed land giver dermed anledning til frekvens BO'er. Vi viser, at vektorpotentialet også kan bidrage til generering af den effektive kraft, som varierer med formeringsafstanden. "

"For at realisere måling i realtid af pulsspektret koblet ud fra sløjfen, et spektroskop baseret på DFT er forbundet i slutningen af ​​fiber-loop kredsløbet. En lang dispersionskompenserende fiber udfører en Fourier-transformation, som kortlægger spektrumkonvolutten af ​​den optiske puls til en tidsdomæne-bølgeform. Takket være spredningen i fiber, realtidsmåling af frekvensspektret med en opløsning på ~ 9,8 GHz kan opnås. "

"Vi implementerer forekomsten af ​​både korte og brede impulser og observerer direkte oscillerende og vejrtrækningstilstande for frekvens BO'er. Når den korte puls forplanter sig i fiberløkken, man ser, at spektret af hændelsespulsen udvikler sig langs en cosinoidal bane, henviser til frekvens BO'er. For en bred puls, spektret viser et vejrtrækningsmønster ledsaget af en selvfokuserende effekt under evolution, "tilføjede de.

"Baseret på den nuværende metode, spektrummanipulationerne overvinder den mikroelektroniske båndbreddebegrænsning. Denne undersøgelse kan finde mange anvendelser inden for højeffektiv frekvenskonvertering og signalbehandling. Derudover til hjælp for BO'er, vi verificerede, at vektormålerpotentialet kan bruges til at manipulere fotons optiske egenskaber i syntetisk frekvensgitter, som giver en unik måde at styre lys på, især inden for topologisk fotonik, "forudsiger forskerne.