Ученые создали кристалл света в лаборатории

Оптические микрорезонаторы преобразуют лазерный свет в ультракороткие импульсы (диссипативные солитоны Керра), сохраняя их форму и образуя кристалл света.

Кристалл света
Световые импульсы в оптическом микрорезонаторе образуют идеальный солитонный кристалл, credit: Second Bay Studios

Оптические микрорезонаторы преобразуют лазерный свет в ультракороткие импульсы, распространяющиеся по окружности резонатора. Эти импульсы, называемые «диссипативными солитонами Керра», могут распространяться в микрорезонаторе, сохраняя свою форму. Кристалл света — такое название дали ученые этому удивительному физическому явлению. Когда солитоны выходят из микрорезонатора, свет принимает форму серии повторяющихся импульсов с фиксированными интервалами. В этом случае частота следования импульсов определяется размером микрорезонатора. Меньшие размеры генерируют серию импульсов с высокой частотой (сотни гигагерц) повторения. Они могут быть использованы, например, для повышения производительности оптических линий связи, а также могут стать основной технологией для сверхбыстрого LiDAR с субмикронной точностью.

Эффект интересный, но технология страдает от того, что ученые называют «потерями при изгибе света» — потерей света, вызванной структурными изгибами на его пути. Эта хорошо известная проблема в волоконной оптике также означает, что размер микрорезонаторов не может опускаться ниже нескольких десятков микрон, что ограничивает максимальную частоту повторения для импульсов, которую можно достичь.

В издательстве «Физика природы» исследователи из лаборатории Тобиаса Дж. Киппенберга при EPFL описали способ обхода этого ограничения. В их исследовании частота повторения импульсов не зависит от размера микрорезонатора, поскольку одновременно генерируется несколько солитонов в одном микрорезонаторе.

Ученые нашли способ заполнения микрорезонатора максимально возможным количеством диссипативных солитонов Керра с равным расстоянием между ними. Это новое образование света можно рассматривать как оптический аналог атомных цепочек в кристаллических твердых телах, и поэтому исследователи дали им название «совершенные солитонные кристаллы» (PSC) или просто «кристалл света».

Благодаря интерферометрическому улучшению и большому количеству оптических импульсов, PSC когерентно умножают производительность полученной последовательности импульсов — не только частоту их повторения, но и мощность. Исследователи также изучили динамику образования PSC. Несмотря на свою высокоорганизованную структуру, они, похоже, тесно связаны с оптическим хаосом, явлением, вызванным нестабильностью света в оптических микрорезонаторах, что также характерно для полупроводниковых и волоконно-лазерных систем.

Таким образом, ученые научились генерировать последовательности оптических импульсов с ультравысокой частотой повторения в несколько терагерц, используя обычные микрорезонаторы. Их можно использовать, например, в спектроскопии и как источник тихого терагерцового излучения в миниатюрных чипах. Между тем, новое понимание динамики солитонов в оптических микрорезонаторах открывает новые возможности в фундаментальной физике солитонных ансамблей в нелинейных системах.

Не спрашивайте меня, о чем идет речь в этой статье, но согласитесь, словосочетание «кристалл света» звучит загадочно и впечатляюще!

Источник: phys.org.

1

Что Вы об этом думаете?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *