Aktive hulrumssolitoner:Ultrastabile, optiske pulser med høj effekt til måling af lysbølger

I modsætning til lydbølgernes svingninger, lysets svingninger er så hurtige, at der kræves ekstremt komplekst udstyr for at observere dem direkte. Imidlertid, det er muligt at måle frekvenserne af disse svingninger indirekte med frekvenskamme. Disse kamme består af et sæt "tænder" med regelmæssig afstand, hvor hver tand svarer til en frekvens. Anvendes som en gradueret lineal, de giver mulighed for at måle en optisk frekvens med stor præcision. Dette gør det muligt, blandt andet, at måle variationer i afstanden mellem Jorden og Månen med en nøjagtighed svarende til størrelsen på et hår.

Det kan vises, at tidssignalet svarende til en frekvenskam består af en regelmæssig række af lysimpulser, kaldet et pulstog. Disse impulser er ultrakorte og har en varighed på en milliontedel af en milliardtedel af et sekund eller mindre.

Der er i øjeblikket to hovedmetoder til at generere et pulstog enten via en pulseret laser eller via et passivt optisk hulrum.

"Nogle lasere kan direkte generere et pulstog. Nogle lasere kan direkte generere et meget energisk pulstog, men forsinkelsen mellem to på hinanden følgende pulser er underlagt variationer, selv i fravær af eksterne forstyrrelser, " forklarer Nicolas Englebert—OPERA-Photonics Laboratory—Ecole polytechnique de Bruxelles.

Den anden løsning er baseret på passive optiske resonatorer, lavet, for eksempel, ved hjælp af optiske fibre. Det tillader generering af en puls, der forplanter sig på ubestemt tid, en hulrumssoliton, når en kontinuerlig laserstråle injiceres ved dens indgang. Perioden for det resulterende tog, i mangel af ydre forstyrrelser, er rettet her, i modsætning til pulserende lasere. Desværre, dens energi er begrænset.

Hver platform har derfor sine fordele og ulemper. Imidlertid, til visse applikationer, f.eks., LiDAR, det er nødvendigt at have et pulstog, der er både energisk og ultrastabilt.

Nylig forskning udført af ULB OPERA-Photonics Laboratory, offentliggjort i tidsskriftet Naturfotonik , viser eksistensen af ​​nye ultrastabile, højeffekt hulrum solitoner:aktive hulrum solitoner.

"Disse solitons dukker op inden for en signalindsprøjtet resonator, hvor der er et fint designet forstærkningsafsnit. Formålet med dette afsnit er at kompensere for nogle af de tab, som bølgen (solitonen) oplever ved hver rundtur. Hvis forstærkningen er for stor lavt i forhold til tabene, soliton kan ikke eksistere. På den anden side, hvis forstærkningen er større end tabene, vil der forekomme en laseremission. Takket være denne delvise kompensation for tabene, det er muligt at udvinde en stor del af solitonens energi (mere end 30%!) uden at gå på kompromis med dens eksistens, " påpeger Nicolas Englebert.

I øvrigt, da forstærkningssektionen er valgt således, at lasering ikke forekommer, pulstoget arver stabilitetsegenskaberne fra passive resonatorer. Den aktive hulrumssoliton kombinerer således fordelene ved pulstog, der genereres af pulserende lasere og passive resonatorer.

Denne nye type universel og hybrid soliton kan udløse mange eksperimenter på forskellige platforme, især inden for integreret optik, hvor passive resonatorer dominerer landskabet, men applikationer halter bagud, fordi meget lidt strøm kan udvindes fra chipsene. Dette nye koncept er ikke begrænset til generering af solitoner. Takket være dette nye hybridhulrum, komponenter, der forårsager mange tab (krystal, særlige fibre, osv.) kan nu placeres i en resonator, åbner vejen for studiet af fænomener, der tidligere var utilgængelige eksperimentelt. Opfindelsen er genstand for en patentansøgning indgivet i ULB's navn.