Les microrésonateurs optiques convertissent la lumière laser en impulsions ultracourtes se déplaçant autour de la circonférence du résonateur. Ces impulsions, appelés « solitons de Kerr dissipatifs, " peuvent se propager dans le microrésonateur en conservant leur forme.

Lorsque les solitons sortent du microrésonateur, la lumière de sortie prend la forme d'un train d'impulsions - une série d'impulsions répétées à intervalles fixes. Dans ce cas, le taux de répétition des impulsions est déterminé par la taille du microrésonateur. Des tailles plus petites permettent des trains d'impulsions avec des taux de répétition élevés, atteignant des centaines de gigahertz en fréquence. Ceux-ci peuvent être utilisés pour améliorer les performances des liaisons de communication optiques ou devenir une technologie de base pour le LiDAR ultrarapide avec une précision inférieure au micron.

Aussi excitant qu'il soit, cette technologie souffre de ce que les scientifiques appellent des « pertes par flexion de la lumière », c'est-à-dire une perte de lumière causée par des courbures structurelles sur son chemin. Un problème bien connu de la fibre optique, la perte de courbure de la lumière signifie également que la taille des microrésonateurs ne peut pas descendre en dessous de quelques dizaines de microns. Cela limite donc les taux de répétition maximum que nous pouvons atteindre pour les impulsions.

Publication dans Physique de la nature , des chercheurs du laboratoire de Tobias J. Kippenberg à l'EPFL ont maintenant trouvé un moyen de contourner cette limitation et de découpler le taux de répétition des impulsions de la taille du microrésonateur en générant plusieurs solitons dans un seul microrésonateur.

Les scientifiques ont découvert un moyen d'ensemencer le microrésonateur avec le plus grand nombre possible de solitons de Kerr dissipatifs avec un espacement exactement égal entre eux. Cette nouvelle formation de lumière peut être considérée comme un analogue optique des chaînes atomiques dans les solides cristallins, les chercheurs les ont donc appelés "cristaux de solitons parfaits" (PSC).

En raison de l'amélioration interférométrique et du nombre élevé d'impulsions optiques, Les PSC multiplient de manière cohérente les performances du train d'impulsions résultant, pas seulement son taux de répétition, mais aussi sa puissance.

Les chercheurs ont également étudié la dynamique des formations PSC. Malgré leur structure très organisée, ils semblent être étroitement liés au chaos optique, un phénomène provoqué par des instabilités lumineuses dans les microrésonateurs optiques, ce qui est également courant pour les systèmes laser à base de semi-conducteurs et à fibre.

"Nos résultats permettent la génération de trains d'impulsions optiques avec des taux de répétition ultra-élevés avec plusieurs térahertz, en utilisant des microrésonateurs ordinaires, " explique le chercheur Maxim Karpov. " Ceux-ci peuvent être utilisés pour de multiples applications en spectroscopie, mesures de distance, et comme source de rayonnement térahertz à faible bruit avec une empreinte de la taille d'une puce."

Pendant ce temps, la nouvelle compréhension de la dynamique des solitons dans les microrésonateurs optiques et le comportement des PSC ouvrent de nouvelles voies dans la physique fondamentale des ensembles de solitons dans les systèmes non linéaires.