Image de microscopie électronique à balayage montrant une chaîne de cavités semi-conductrices. La distance entre les cavités est modulée, ce qui donne lieu à deux valeurs différentes du couplage J et J' entre cavités adjacentes (schématisées par des doubles flèches blanches). Cette modulation du couplage confère au réseau des propriétés topologiques. Deux cavités du réseau sont excitées par deux lasers d'amplitude F, de pulsation et présentant un déphasage. Crédit :C2N/CNRS.
La photonique topologique est un domaine de recherche en évolution rapide qui se concentre sur la conception de réseaux photoniques où le comportement de la lumière s'inspire de la physique des isolants topologiques. Alors que la plupart des études dans ce domaine présentaient des systèmes photoniques aux propriétés topologiques linéaires, des travaux récents ont commencé à jeter les bases de la photonique topologique non linéaire.
Des chercheurs de l'Université Paris-Saclay CNRS ont récemment rapporté la réponse non linéaire d'un réseau topologique implémentant une version pilotée-dissipative du modèle de Su-Schrieffer-Heeger; un cadre topologique élémentaire renommé qui décrit les sauts de particules sur un réseau 1D. Les résultats recueillis par l'équipe de l'Université Paris-Saclay CNRS, publiés dans Nature Physics , montrent que la conduite cohérente dans les réseaux topologiques peut être exploitée, permettant aux physiciens de stabiliser de nouvelles phases non linéaires.
"En 2017, notre groupe a démontré le premier laser topologique utilisant un réseau 1D de résonateur semi-conducteur très similaire à celui utilisé dans notre étude récente", ont déclaré Sylvain Ravets et Jacqueline Bloch, deux des chercheurs qui ont mené l'étude, à Phys.org. . "Dans ces premiers travaux, cependant, nous utilisions les propriétés topologiques linéaires du système."
L'étude récente de Ravets, Bloch et leurs collègues s'appuie sur leurs efforts de recherche passés, dans le but d'étendre leur enquête à la physique topologique non linéaire, qui a jusqu'à présent été principalement explorée dans le contexte des systèmes conservateurs. Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé une plate-forme avec une non-linéarité optique importante, qui est soumise à un entraînement et une dissipation continus.
"Nous avons utilisé les nanotechnologies pour fabriquer un réseau 1D de résonateurs non linéaires couplés", ont expliqué Ravets et Bloch. "Chaque résonateur est constitué d'une cavité optique contenant un milieu actif (un puits quantique semi-conducteur), qui assure la non-linéarité. Le couplage entre cavités voisines est échelonné pour mettre en œuvre le modèle topologique le plus simple, connu sous le nom de modèle de Su Schrieffer Heger."
L'illustration de la nouvelle famille de solitons dissipatifs découverts par les chercheurs pour le profil d'intensité mesuré d'un tel soliton est montrée en haut de la figure. L'intensité est très forte sur un seul site, entraînant ainsi le désaccord spectral de ce site par rapport au reste de la chaîne. La chaîne est ainsi effectivement rompue, et un état de bord apparaît dans le spectre d'excitation, comme le montre le bas de la figure. Crédit :C2N/CNRS.
Pour déclencher une réponse non linéaire dans leur réseau 1D, Ravets, Bloch et leurs collègues ont projeté un ou deux faisceaux laser sur des parties spécifiques du réseau. Par la suite, ils ont surveillé l'intensité transmise en fonction de la puissance laser d'entrée.
"Un bouton particulièrement pertinent que nous avons utilisé dans notre expérience est la phase relative entre les faisceaux d'excitation, qui fournit un nouveau niveau de contrôle qui n'avait pas été envisagé jusqu'à présent", ont déclaré Ravets et Bloch.
Les expériences menées par les chercheurs ont donné des résultats nouveaux et intéressants. Plus précisément, l'équipe a découvert la formation de nouvelles familles de solitons d'écart, qui sont stabilisées par l'excitation résonnante. Ces solitons d'écart n'existent pas dans les systèmes conservateurs, tels que les guides d'ondes couplés fonctionnant dans des géométries propagatives.
"Ces solitons ont le même profil qu'un état de bord topologique et induisent en fait l'apparition d'un état de bord topologique pour les excitations au-dessus de l'état stationnaire non linéaire. Nous aimons appeler cette capacité à contrôler le système par l'ingénierie de l'excitation laser schéma "drive engineering"", ont déclaré Ravets et Bloch.
L'étude récente de Ravets, Bloch et leurs collègues met en évidence la possibilité d'exploiter la conduite cohérente pour stabiliser les phases non linéaires dans les systèmes photoniques topologiques. À l'avenir, les méthodes expérimentales décrites dans leur article pourraient être utilisées pour contrôler la topologie des systèmes photoniques 1D et pourraient également être étendues aux systèmes 2D.
"Dans notre prochaine étude, nous prévoyons d'étendre ces idées aux isolants topologiques photoniques dans les réseaux 2D où notre objectif sera de démontrer la capacité de contrôler optiquement la topologie d'un réseau photonique non linéaire grâce à l'ingénierie du lecteur et de la dissipation", Ravets et Bloch ajoutés.
© 2022 Réseau Science X La démonstration expérimentale de la dissipation topologique dans les résonateurs photoniques
