Les oscillations de Bloch (BO) ont été initialement prédites pour les électrons dans un réseau solide lorsqu'un champ électrique statique est appliqué. Des scientifiques chinois ont créé un réseau de fréquence synthétique dans une boucle de fibre sous modulation de phase désaccordée et ont directement observé les BO de fréquence en temps réel. Le spectre de fréquences dans la bande de télécommunication peut être déplacé jusqu'à des centaines de GHz. L'étude peut trouver des applications dans les manipulations de fréquence dans les systèmes de communication à fibre optique.

Les BO décrivent le mouvement périodique des électrons dans les solides auxquels un champ électrique statique externe est appliqué. Cependant, il est difficile de mesurer les BO directement dans les solides naturels car le temps de relaxation des électrons est généralement beaucoup plus court que la période d'oscillation. À ce jour, les analogies des BO d'électrons ont été étendues aux dimensions synthétiques du temps, fréquence et moment angulaire.

Dans les études précédentes, les BO de fréquence ont été démontrés expérimentalement dans une fibre non linéaire à modulation de phase croisée. Cependant, le spectre de fréquence n'a été obtenu qu'en sortie de fibre, et ainsi le processus d'évolution des BO n'a été mesuré qu'indirectement. En outre, Les BO de fréquence ont été théoriquement démontrés dans des micro-résonateurs sous modulation temporelle. Compte tenu de la structure compacte des résonateurs en anneau, l'observation directe des BO rencontre encore des difficultés pour compenser la réduction de puissance lors de la collecte des signaux.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Bing Wang de l'École de physique et du Laboratoire national d'optoélectronique de Wuhan, Université des sciences et technologies de Huazhong, Wuhan, Chine, et des collègues ont observé directement les BO de fréquence dans une boucle de fibre modulée avec désaccord temporel. Le spectre de l'impulsion optique incidente a connu un mouvement périodique dans le réseau fréquentiel formé par la modulation de phase. Le désaccord temporel a produit une force de champ électrique efficace dans le réseau, qui était associé au potentiel vecteur effectif variant avec l'évolution du spectre. En outre, l'évolution transitoire du spectre a été mesurée en temps réel en utilisant la technique de transformation de Fourier dispersive (DFT). Sur la base des BO du domaine fréquentiel, un décalage de fréquence maximal jusqu'à 82 GHz a été atteint. La bande passante de l'impulsion d'entrée a également été élargie jusqu'à 312 GHz.

L'étude offre une approche prometteuse pour réaliser des BO dans des dimensions synthétiques et peut trouver des applications dans les manipulations de fréquence dans les systèmes de communication à fibre optique. Ces scientifiques résument le principe du travail :« La modulation de phase induit le couplage entre les modes fréquentiels adjacents qui construit un treillis dans la dimension fréquentielle. Au fur et à mesure que l'impulsion optique se propage en boucle de fibre, le temps d'aller-retour peut être ajusté en utilisant une ligne à retard optique. Un petit désaccord temporel peut être introduit entre le temps de circulation des impulsions et la période de modulation, qui sert de force de champ électrique efficace dans le réseau de fréquences et donc la terre donne ainsi naissance à la fréquence BOs. Nous montrons que le potentiel vecteur peut également contribuer à la génération de la force effective, qui varie avec la distance de propagation.

"Pour réaliser une mesure en temps réel du spectre d'impulsions couplé hors de la boucle, un spectroscope basé sur le DFT est connecté à l'extrémité du circuit fibre-boucle. Une longue fibre à compensation de dispersion effectue une transformée de Fourier, qui mappe l'enveloppe spectrale de l'impulsion optique en une forme d'onde dans le domaine temporel. Grâce à la dispersion dans la fibre, une mesure en temps réel du spectre de fréquences avec une résolution d'environ 9,8 GHz peut être réalisée."

« Nous implémentons l'incidence des impulsions courtes et larges et observons directement les modes d'oscillation et de respiration des BO de fréquence. Au fur et à mesure que l'impulsion courte se propage dans la boucle de fibre, on voit que le spectre de l'impulsion incidente évolue selon une trajectoire cosinoïdale, se référant aux BO de fréquence. Pour une impulsion large, le spectre manifeste un schéma respiratoire accompagné d'un effet d'auto-focalisation au cours de l'évolution, " ont-ils ajouté.

« Sur la base de la méthode actuelle, les manipulations de spectre surmontent la limitation de bande passante microélectronique. Cette étude peut trouver de nombreuses applications dans la conversion de fréquence à haut rendement et le traitement du signal. En outre, à l'aide des BO, nous avons vérifié que le potentiel de jauge vectorielle peut être utilisé pour manipuler les propriétés optiques des photons dans un réseau de fréquence synthétique, qui fournit un moyen unique de contrôler la lumière, notamment dans le domaine de la photonique topologique, ", prédisent les scientifiques.