پدیده های غیرخطی ظهور یافته: شانه های فرکانس نوری ابعاد جدیدی پیدا کردند

سالیتون دنده در فوتونی دیمر اعتبار: EPFL / الکسی تیکان
پالس های دوره ای نوری که در دامنه فرکانس شانه ایجاد می کنند ، به طور گسترده ای برای سنجش و دامنه استفاده می شوند. کلید کوچک سازی این فناوری به سمت راه حلهای یکپارچه با تراشه ، تولید سالیتون های اتلافی در ریزرساناتورهای حلقه ای است. Soliton های اتلافی پالس های پایداری هستند که در اطراف محیط تشدید کننده غیرخطی گردش می کنند.
از زمان اولین نمایش آنها ، روند تشکیل سالیتون اتلاف کننده به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است و امروزه به عنوان دانش کتاب درسی در نظر گرفته می شود. چندین جهت از توسعه بیشتر به طور فعال توسط گروه های تحقیقاتی مختلف در سراسر جهان بررسی می شود. یکی از این جهت ها تولید سلیتون در تشدیدکننده های همراه است. تأثیر جمعی بسیاری از تشدید کننده ها ، بهره برداری از کنترل بعدی (فضایی) ، عملکرد و کنترل بهتر بر روی شانه های فرکانسی را نوید می دهد.
اما چگونه اتصال رزوناتورهای اضافی روند تولید سالیتون را تغییر می دهد؟ نوسانگرهای یکسان از هر نوع که بر یکدیگر تأثیر بگذارند ، دیگر نمی توانند به عنوان مجموعه ای از عناصر مجزا در نظر گرفته شوند. با توجه به پدیده ترکیبی ، تحریک چنین سیستمی بر تمام عناصر آن تأثیر می گذارد و سیستم باید به طور کلی تحت درمان قرار گیرد.

ساده ترین حالت وقتی هیبریداسیون انجام می شود ، دو نوسانگر کوپل شده یا در اصطلاح مولکولی ، یک دیمر است. علاوه بر آونگهای متصل شده و اتمهای تشکیل دهنده یک مولکول ، حالتهای میکرو رسوناتور نوری همراه با ترکیبی روبرو می شوند ، اما ، در مقابل با سیستمهای دیگر ، تعداد حالتهای درگیر زیاد است (به طور معمول از دهها تا صدها). بنابراین ، سلیتون ها در یک دیمر فوتونیک در حالت های ترکیبی با هر دو تشدیدکننده تولید می شوند ، که در صورت دسترسی یکی از پارامترهای ترکیبی ، درجه دیگری از کنترل به آن اضافه می شود.
چرخ دنده به عنوان حالت های ترکیبی از دیمر و یک مشخصات طیفی از یک سالیتون دنده – سایپرز ، باشگاه دانش اعتبار: EPFL / الکسی تیکان
در مقاله ای که در فیزیک طبیعت منتشر شد ، محققان از آزمایشگاه توبیاس جی کیپنبرگ در EPFL و IBM Research Europe به رهبری پل سیدلر ، تولید سالیتون های اتلاف کننده و بنابراین منسجم را نشان دادند. شانه های فرکانسی در یک مولکول فوتونیکی ساخته شده از دو ریزرسوناتور. تولید یک سالیتون در دیمر حاکی از دو سالیتون ضد تکثیر در هر دو حلقه تشدید کننده است. میدان الکتریکی زیرین در پشت هر حالت دیمر به دو دنده شبیه چرخش در جهت مخالف شباهت دارد ، به همین دلیل است که به سالیتون های موجود در دایمر فوتونیک ، Solitons Gear گفته می شود. نویسندگان بخاری را بر روی هر دو تشدیدکننده چاپ می کنند و از این طریق هیبریداسیون را کنترل می کنند ، تنظیم زمان واقعی شانه فرکانس مبتنی بر سالیتون را نشان داد.
حتی آرایش ساده دیمر ، علاوه بر تولید سالیتون ترکیبی (دنده ای) ، انواع مختلفی از پدیده های ظهور را نشان داده است ، یعنی پدیده هایی که در سطح تک ذره (تشدید کننده) نیستند. به عنوان مثال ، محققان اثر جهش سالیتون را پیش بینی کردند: تبادل انرژی دوره ای بین رزوناتورهای تشکیل دهنده دیمر در حالی که حالت سالیتونیک را حفظ می کند. این پدیده نتیجه تولید همزمان سالیتونها در هر دو خانواده حالت ترکیبی است که برهم کنش آنها منجر به نوسان انرژی می شود. به عنوان مثال ، از Soliton hopping می توان برای تولید شانه های قابل تنظیم در حوزه فرکانس رادیویی استفاده کرد.
الکسی تیکان ، محقق آزمایشگاه فوتونیک و اندازه گیری های کوانتوم ، EPFL ، می گوید: “امروزه فیزیک تولید سالیتون در یک تشدیدکننده کاملاً درک شده است.” وی گفت: “این رشته جهت های دیگر توسعه و پیشرفت را بررسی می کند. تشدیدکننده های زوجی یکی از معدود این دیدگاه ها هستند. این روش امکان استفاده از مفاهیم را در زمینه های مجاور فیزیک فراهم می کند. به عنوان مثال ، می توان یک عایق توپولوژیکی (شناخته شده در فیزیک حالت جامد) را با اتصال رسوناتورها در یک شبکه ایجاد کرد ، که منجر به تولید شانه های فرکانسی قوی می شود که از نقص شبکه مصون هستند و در عین حال از افزایش کارایی و درجه کنترل اضافی. کار ما گامی به سوی این ایده های جذاب برمی دارد! ”
مرجع: “پدیده های غیرخطی ظهور یافته در یک دیمر فوتونیک اتلافی رانده شده” توسط A. Tikan، J. Riemensberger، K. Komagata، S. Hönl، M. Churaev، C. Skehan، H. Guo، RN Wang، J. Liu، P. Seidler and TJ Kippenberg، 15 فوریه 2021 ، فیزیک طبیعت . DOI: 10.1038 / s41567-020-01159-y