Contrairement aux oscillations des ondes sonores, les oscillations de la lumière sont si rapides qu'un équipement extrêmement complexe est nécessaire pour les observer directement. Cependant, il est possible de mesurer les fréquences de ces oscillations indirectement avec des peignes de fréquence. Ces peignes sont constitués d'un ensemble de « dents » régulièrement espacées où chaque dent correspond à une fréquence. Utilisé comme règle graduée, ils offrent la possibilité de mesurer une fréquence optique avec une grande précision. Cela permet, entre autres, mesurer les variations de la distance entre la Terre et la Lune avec une précision équivalente à la taille d'un cheveu.

On peut montrer que le signal temporel correspondant à un peigne de fréquence est constitué d'une succession régulière d'impulsions lumineuses, appelé train d'impulsions. Ces impulsions sont ultra-courtes et ont une durée d'un millionième de milliardième de seconde ou moins.

Il existe actuellement deux méthodes principales pour générer un train d'impulsions soit via un laser pulsé, soit via une cavité optique passive.

"Certains lasers peuvent générer directement un train d'impulsions. Certains lasers peuvent générer directement un train d'impulsions très énergétique mais le délai entre deux impulsions successives est sujet à des variations même en l'absence de perturbations extérieures, " explique Nicolas Englebert—OPERA-Laboratoire de Photonique—Ecole polytechnique de Bruxelles.

L'autre solution est basée sur des résonateurs optiques passifs, fabriqué, par exemple, utilisant des fibres optiques. Il permet la génération d'une impulsion qui se propage indéfiniment, une cavité soliton, lorsqu'un faisceau laser continu est injecté à son entrée. La période du train résultant, en l'absence de toute perturbation extérieure, est fixé ici, contrairement aux lasers pulsés. Malheureusement, son énergie est limitée.

Chaque plateforme a donc ses avantages et ses inconvénients. Cependant, pour certaines applications, par exemple., LiDAR, il est nécessaire d'avoir un train d'impulsions à la fois énergétique et ultra-stable.

Des recherches récentes menées par le Laboratoire ULB OPERA-Photonique, publié dans la revue Photonique de la nature , montre l'existence de nouveaux ultra-stables, solitons à cavité de forte puissance :solitons à cavité active.

"Ces solitons émergent à l'intérieur d'un résonateur à injection de signal dans lequel se trouve une section d'amplification finement conçue. Le but de cette section est de compenser certaines des pertes que l'onde (le soliton) subit à chaque aller-retour. Si l'amplification est trop faible par rapport aux pertes, le soliton ne peut pas exister. D'autre part, si l'amplification est supérieure aux pertes, une émission laser se produira. Grâce à cette compensation partielle des pertes, il est possible d'extraire une grande partie de l'énergie du soliton (plus de 30% !) sans compromettre son existence, ", précise Nicolas Englebert.

De plus, comme la section d'amplification est choisie de telle sorte qu'aucun effet laser ne se produise, le train d'impulsions hérite des propriétés de stabilité des résonateurs passifs. Le soliton à cavité active combine ainsi les avantages des trains d'impulsions générés par les lasers pulsés et les résonateurs passifs.

Ce nouveau type de soliton universel et hybride pourrait déclencher de nombreuses expérimentations sur différentes plateformes, en particulier dans le domaine de l'optique intégrée où les résonateurs passifs dominent le paysage mais les applications sont à la traîne car très peu de puissance peut être extraite des puces. Ce nouveau concept ne se limite pas à la génération de solitons. Grâce à cette nouvelle cavité hybride, composants qui induisent beaucoup de pertes (cristal, fibre particulière, etc.) peut maintenant être placé dans un résonateur, ouvrant la voie à l'étude de phénomènes jusque-là inaccessibles expérimentalement. L'invention fait l'objet d'une demande de brevet déposée au nom de l'ULB.