Danningen af ​​gap-solitoner i et 1D-dissipativt topologisk gitter

Topologisk fotonik er et hastigt udviklende forskningsområde, der fokuserer på design af fotoniske gitter, hvor lysets adfærd er inspireret af topologiske isolatorers fysik. Mens de fleste undersøgelser på dette område præsenterede fotoniske systemer med lineære topologiske egenskaber, er nyere værker begyndt at bane grundlaget for ikke-lineær topologisk fotonik.

Forskere ved Université Paris-Saclay CNRS har for nylig rapporteret den ikke-lineære respons af et topologisk gitter, der implementerer en drevet dissipativ version af Su-Schrieffer-Heeger-modellen; en berømt elementær topologisk ramme, der beskriver partikler, der hopper på et 1D-gitter. Resultaterne indsamlet af holdet ved Université Paris-Saclay CNRS, offentliggjort i Nature Physics , viser, at sammenhængende kørsel i topologiske gitter kan udnyttes, hvilket gør det muligt for fysikere at stabilisere nye ikke-lineære faser.

"I 2017 demonstrerede vores gruppe den første topologiske laser ved hjælp af et 1D-gitter af halvlederresonator meget lig den, der blev brugt i vores nylige undersøgelse," fortalte Sylvain Ravets og Jacqueline Bloch, to af forskerne, der udførte undersøgelsen, til Phys.org . "I dette tidlige arbejde brugte vi imidlertid systemets lineære topologiske egenskaber."

Den nylige undersøgelse af Ravets, Bloch og deres kolleger bygger på deres tidligere forskningsindsats med det formål at udvide deres undersøgelse til ikke-lineær topologisk fysik, som hidtil hovedsageligt er blevet udforsket i sammenhæng med konservative systemer. I deres eksperimenter brugte forskerne en platform med en betydelig optisk ikke-linearitet, som er udsat for kontinuerlig drift og dissipation.

"Vi brugte nanoteknologier til at fremstille et 1D-gitter af koblede ikke-lineære resonatorer," forklarede Ravets og Bloch. "Hver resonator består af et optisk hulrum indeholdende et aktivt medium (en halvlederkvantebrønd), som giver den ikke-linearitet. Koblingen mellem nabohulrum er forskudt for at implementere den enkleste topologiske model, kendt som Su Schrieffer Heger-modellen."

For at udløse en ikke-lineær respons i deres 1D-gitter, skinnede Ravets, Bloch og deres kolleger en eller to laserstråler på bestemte dele af gitteret. Efterfølgende overvågede de den transmitterede intensitet som funktion af den indgående lasereffekt.

"En særlig relevant knap, som vi brugte i vores eksperiment, er den relative fase mellem excitationsstrålerne, som giver et nyt niveau af kontrol, som ikke var blevet overvejet indtil videre," sagde Ravets og Bloch.

Forskerne udførte af forskerne gav nye og interessante resultater. Specifikt afslørede holdet dannelsen af ​​nye gap soliton-familier, som stabiliseres af resonans-excitation. Disse gap solitoner eksisterer ikke i konservative systemer, såsom koblede bølgeledere, der opererer i udbredelsesgeometrier.

"Disse solitoner har den samme profil som en topologisk kanttilstand og inducerer faktisk fremkomsten af ​​en topologisk kanttilstand for excitationer oven på den ikke-lineære steady state. Vi kan lide at kalde denne evne til at styre systemet gennem konstruktionen af ​​laserexcitationen ordningen 'drive engineering'," sagde Ravets og Bloch.

Den nylige undersøgelse af Ravets, Bloch og deres kolleger fremhæver muligheden for at udnytte kohærent kørsel til at stabilisere ikke-lineære faser i topologiske fotoniske systemer. I fremtiden vil de eksperimentelle metoder, der er skitseret i deres papir, kunne bruges til at kontrollere topologien af ​​1D fotoniske systemer og kunne også udvides til 2D-systemer.

"I vores næste undersøgelse planlægger vi at udvide disse ideer til fotoniske topologiske isolatorer i 2D-gitter, hvor vores mål vil være at demonstrere evnen til optisk at kontrollere topologien af ​​et ikke-lineært fotonisk gitter gennem engineering af drevet og dissipation." Ravets og Bloch tilføjet. + Udforsk yderligere

Den eksperimentelle demonstration af topologisk spredning i fotoniske resonatorer

© 2022 Science X Network