Как правило, световые и водяные волны одинаково растягиваются и рассеиваются по мере того, как они удаляются все дальше и дальше от своего источника. Однако есть волна, которая сохраняет свою форму при распространении: солитоны.
Исследователи, финансируемые Швейцарским национальным научным фондом (SNSF), с помощью микрорезонатора успешно создали оптические солитоны — световые волны, сохраняющие свою форму. Свет состоит из диапазона частот, разделенных очень точно на одинаковое расстояние, создавая то, что физики называют частотной гребенкой, поскольку он напоминает регулярное расстояние между зубьями гребенки.
Новый рекорд
Для генерации солитонов исследователи из EPFL и Российского квантового центра в Москве использовали микрорезонаторы. «Эти микроскопические кольцеобразные структуры сделаны из очень тонкого нитрида кремния», — объясняет Тобиас Киппенберг, руководитель группы EPFL. "Они способны хранить в течение нескольких наносекунд свет лазера, к которому они подключены. Этого периода времени достаточно, чтобы свет тысячи раз обогнул кольцо и скопился там, что сильно увеличивает интенсивность света.«Взаимодействие между микрорезонатором и светом становится нелинейным. Лазер, который по своей природе обычно является непрерывным, преобразуется в ультракороткие импульсы: солитоны.
Адаптируя параметры для изготовления микрорезонаторов, исследователям EPFL дополнительно удалось получить так называемое солитонное черенковское излучение. Это расширяет частотный спектр: гребешок содержит большее количество зубцов.
Результаты, опубликованные в журнале Science, установили новый рекорд для такого типа структур. Теперь генерируемые частоты превышают две трети октавы по сравнению с частотой лазера.
Патент заявлен
«Эти результаты представляют собой многообещающий прогресс для приложений, требующих большого количества разнесенных частот», — говорит Киппенберг.
В контексте оптической связи одного-единственного лазера было бы достаточно для создания диапазона отдельных частот, которые могли бы передавать информацию по отдельности. Химическая спектроскопия и атомный хронометраж — другие потенциальные области применения. «Мы подали заявку на патент, поскольку есть потенциал для дальнейшего технологического развития», — говорит Киппенберг.
Частотные гребенки, открытие Теодора Ханса и Джона Холла, которое принесло им Нобелевскую премию по физике в 2005 году, обычно создаются с использованием очень больших лазеров. «Возможность изготавливать гребенки оптических частот с использованием небольших микросхем представляет собой интересное достижение, которое делает их более удобными для пользователя», — говорит Тобиас Киппенберг.