Valokiteiden valmistus ja hallinta

Valopulssit optisessa mikroresonaattorissa muodostavat täydellisen solitonikiteen.

EPFL:n tutkijat ovat osoittaneet, kuinka optisten sirujen mikroresonaattorien sisällä oleva valo voidaan kiteyttää jaksollisiksi pulssijuniksi, jotka voivat parantaa optisten tietoliikennelinkkien suorituskykyä tai tuottaa ultranopean LiDAR:in submikronin tarkkuudella.

Optiset mikroresonaattorit muuntavat laservalon ultralyhyiksi pulsseiksi, jotka kulkevat ympäri resonaattorin kehää. Nämä pulssit, joita kutsutaan ”dissipatiivisiksi Kerr-solitoneiksi”, voivat edetä resonaattorissa muotonsa säilyttäen.

Kun solitonit poistuvat mikroresonaattorista, lähtevä valo on pulssijunan muodossa - sarja toistuvia pulsseja, joilla on kiinteät välit. Tässä tapauksessa pulssien toistumisnopeus määräytyy resonaattorin koon perusteella. Pienemmät koot mahdollistavat korkeiden toistotaajuuksien sykejunien saavuttaa satojen gigahertsien taajuuden.

Kuituoptiikassa tunnettu ongelma, valon taivutushäviö tarkoittaa, että mikroresonaattorien koko ei voi pudota alle muutamaan kymmeneen mikroniin. Siksi tämä rajoittaa maksimia toistonopeutta, jonka voimme saavuttaa pulsseille.

Laboratoriossaan tutkijat EPFL:ssä ovat nyt löytäneet tavan ohittaa tämä rajoitus ja irrottaa pulssin toistotaajuus mikroresonaattorin koosta tuottamalla useita solitoneja yhdessä resonaattorissa.

Tutkijat löysivät tavan syöttää mikroresonaattoria mahdollisimman suurella määrällä dissipatiivisia Kerr-solitoneja tarkalleen yhtä suurella etäisyydellä niiden välillä. Tätä uutta valonmuodostusta voidaan ajatella kiteisten kiinteiden aineiden atomiketjujen optisena analogina ja siksi tutkijat kutsuivat niitä ”täydellisiksi solitonikiteiksi” (perfect soliton crystals, PSC).

Interferometrisen parannuksen ja optisten pulssien suuren määrän ansiosta PSC:en koherenssi moninkertaistaa tuloksena olevan pulssijunan suorituskyvyn - ei vain sen toistumisnopeuden, vaan myös tehon.

Tutkijat selvittivät myös PSC-muodostelmien dynamiikkaa. Huolimatta hyvin organisoidusta rakenteestaan, ne näyttävät olevan läheisesti yhteydessä optiseen kaaokseen, ilmiö, joka johtuu valon epävakaudesta optisissa mikroresonaattoreissa, mikä on yleistä myös puolijohdepohjaisissa ja kuitulaserjärjestelmissä.

"Havaintomme antavat mahdollisuuden generoida optiset pulssijunat, joilla on erittäin korkea toistumisnopeus useilla terahertseillä, käyttämällä tavallisia mikroresonaattoreita", kertoo tutkija Maxim Karpov. "Niitä voidaan käyttää monissa sovelluksissa spektroskopiassa, etäisyysmittauksissa ja vähän kohisevan terahertsisäteilyn lähteenä sirukoon rakenteissa."

Samalla uusi käsitys solitonidynamiikasta optisissa mikroresonaattoreissa ja PSC:n käyttäytymisestä avaa uusia tapoja solitoniryhmien perustavanlaatuiseen fysiikkaan epälineaarisissa järjestelmissä.

Aiheesta aiemmin:

Tsunami mikropiirillä

Solitoneillako uutta elektroniikkaa?