Une équipe de la Faculté de physique de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, avec des scientifiques du Centre quantique russe, ont développé un nouveau modèle mathématique qui décrit le processus d'apparition des solitons dans les microrésonateurs optiques. À l'avenir, cela pourrait conduire à des oscillateurs optiques universels et à d'autres avancées. L'ouvrage a été publié en Optique Express .

En 2017, une équipe de scientifiques dirigée par Mikhail Gorodetsky, professeur à la Faculté de physique, MSU, ont développé une méthode pour contrôler le nombre de solitons dans les microrésonateurs optiques. Les microrésonateurs sont la base de la photonique moderne, une science qui se spécialise dans les signaux optiques. Un résonateur est un piège à lumière en forme d'anneau dans lequel un photon rebondit plusieurs fois, se déplaçant en rond.

Les solitons sont des ondes localisées solitaires qui apparaissent dans les résonateurs si l'indice de réfraction du matériau de construction d'un résonateur est non linéaire et est une certaine fonction de la longueur d'onde. Dans ce cas, un faisceau laser, après avoir effectué plusieurs tours à l'intérieur d'un résonateur, se divise en solitons séparés (c'est-à-dire, se met au point automatiquement et se transforme en impulsions longues d'une femtoseconde).

Lors de l'utilisation de ces résonateurs, les scientifiques sont particulièrement intéressés par les soi-disant « peignes optiques » de solitons, créés dans des résonateurs ayant un spectre optique typique en forme de peigne dans lequel la distance entre deux pics adjacents est égale au temps inverse nécessaire à la lumière pour faire le cercle entier. De tels peignes peuvent être utilisés pour résoudre un certain nombre de problèmes appliqués.

Le problème est que l'apparition de peignes utiles dans un résonateur à base de fluorure de magnésium (MgF 2 ) ou la silice fondue est associée à un certain nombre d'effets nocifs. Il s'agit notamment de la diffusion dite combinatoire ou Raman. Elle est causée par des oscillations de molécules séparées dans une substance. Après avoir atteint la surface d'une telle substance, la lumière est réémise avec une autre longueur d'onde. L'effet a un seuil, en fonction de l'intensité du rayonnement et de la composition de la substance, et provoque la destruction des solitons et la distorsion du spectre. Les scientifiques ne plongent généralement pas profondément dans la nature de cet effet lorsqu'ils créent des équations qui décrivent les effets dans les microrésonateurs, et n'appliquez que quelques corrections aux équations. Dans le nouveau journal, l'équipe de chercheurs a étudié la nature de cet effet et développé de nouvelles équations décrivant la génération de peignes optiques prenant en compte la diffusion Raman. Le système d'équations peut être utilisé pour la simulation numérique des effets qui se produisent dans les résonateurs optiques.

"Nous avons utilisé ces équations pour vérifier le comportement de la lumière dans des résonateurs à dispersion anormale et obtenu des effets connus auparavant. Ainsi, nous avons testé notre théorie, " a expliqué le professeur Gorodetsky. " Après cela, nous l'avons appliqué à des peignes à dispersion normale qui ont des platicons (impulsions avec des pics de spectre en forme de plateau) au lieu de solitons. "

Le nouveau modèle a permis aux scientifiques de prédire un certain nombre d'effets jusqu'alors inconnus, par exemple, lorsque les impulsions de dispersion régulières sont fortement déformées en raison de la diffusion Raman, elles sont détruites, commencer à bifurquer, etc. Les nouveaux outils mathématiques sont importants pour que les scientifiques comprennent comment obtenir des peignes optiques dans des environnements à dispersion régulière. D'autres expériences devraient prouver les conclusions sur l'exemple des platicons.

"Actuellement, il n'y a que quelques laboratoires dans le monde qui étudient les peignes à soliton. Avec nos collègues suisses, nous avons été les premiers à les démontrer. Ils sont largement utilisés, notamment en spectroscopie de haute précision, augmenter la vitesse d'échange d'informations, dans les réseaux télécoms, et en LIDAR, " expliqua Gorodetsky. " Il y a quelque temps, Des scientifiques allemands ont utilisé des peignes optiques pour déterminer avec précision la forme d'une balle en mouvement et ont réussi à voir comment elle change en raison de la résistance de l'air."

Les peignes optiques offrent des perspectives de développement d'oscillateurs optiques basés sur une seule puce et émettant de la lumière avec n'importe quelle fréquence prédéfinie, ce qui est impossible pour les lasers modernes et autres générateurs. De plus, ils peuvent servir de base à des spectromètres de poche pour analyser la composition des substances. Actuellement, cette tâche nécessite des appareils assez massifs.