Observations d'oscillations super-Bloch pour des impulsions optiques dans un réseau temporel créé via deux boucles de fibres couplées, qui présentent un effondrement avec une amplitude d'oscillation nulle sous une force d'entraînement spécifique. Crédit : Xinyuan Hu (Université des sciences et technologies de Huazhong)
Les chercheurs réalisent des avancées dans les oscillations périodiques et le transport des impulsions optiques, avec un potentiel pour les communications optiques et le traitement du signal de nouvelle génération.
Des chercheurs ont réalisé des avancées significatives en physique des ondes en menant des expériences sur les oscillations Super-Bloch (SBO), qui démontrent le potentiel de manipulation des impulsions optiques. En appliquant à la fois des champs électriques continus et alternatifs presque désaccordés, ils ont non seulement observé pour la première fois l'effondrement des SBO, mais ont également étendu ces oscillations à des situations de pilotage d'ondes arbitraires, ouvrant la voie à des technologies de communication optique innovantes.
Physique des ondes et oscillations superbloc
Le contrôle cohérent du transport et de la localisation des ondes est un objectif recherché depuis longtemps dans la recherche en physique des ondes, qui englobe de nombreux domaines différents, de la physique des ondes de matière à la physique des solides et à la photonique. L'un des effets de transport cohérent les plus importants et les plus fascinants est l'oscillation de Bloch (OB), qui fait référence au mouvement oscillatoire périodique des électrons dans les solides sous un champ électrique à courant continu (CC). Les oscillations de super-Bloch (OSB) sont des mouvements oscillatoires géants obtenus en appliquant simultanément des champs électriques désaccordés à courant continu et à courant alternatif. Considérées comme des versions amplifiées des OB, les OSB reçoivent moins d'attention que les OB ordinaires, principalement parce que leurs observations expérimentales sont plus difficiles et nécessitent un temps de cohérence des particules beaucoup plus long.
L'une des caractéristiques uniques des SBO est l'existence d'une inhibition des oscillations cohérentes par un effet de renormalisation piloté par le courant alternatif, qui se manifeste par la localisation d'un modèle d'oscillation avec une amplitude d'oscillation qui disparaît. Surnommé « l'effondrement » des SBO, ce phénomène intéressant se produit généralement dans le régime de pilotage par courant alternatif fort, ce qui n'a pas été atteint dans les expériences précédentes de SBO basées sur des systèmes électroniques et autres. Toutes les études théoriques et expérimentales actuelles sur les SBO se sont limitées aux cas de pilotage par courant alternatif sinusoïdal les plus simples, de sorte que l'effondrement des SBO dans des formats de pilotage par courant alternatif plus généraux et la capacité d'exploiter les SBO pour une manipulation flexible des ondes cohérentes restent également inexplorés.
Résultats simulés et mesurés des SBO dans des réseaux temporels photoniques. (a) Amplitude d'oscillation SBO ASBOs en fonction de l'amplitude d'entraînement en courant alternatif Ew et du désaccord de fréquence inverse 1/d. (b) Période d'oscillation SBO MSBOs en fonction du désaccord de fréquence inverse 1/d. La figure insérée montre les MSBOs en fonction de d. (c) Phase d'oscillation initiale des SBO en fonction de l'impulsion de Bloch initiale k pour Ew = 1,8, N = 1, j = p/2 et d = p/150. (d)-(g) Évolutions d'intensité d'impulsion mesurées pour Ew = 1,8, 3, 3,8 et 5,3 sous d = p/150. (h) Évolution expérimentale de l'intensité d'impulsion pour Ew = 5,3 et d = p/90. Crédit : Hu et al., doi 10.1117/1.AP.6.4.046001
Expériences révolutionnaires sur les oscillations superbloc
Dans une étude récente, des chercheurs du Laboratoire national d'optoélectronique et de l'École de physique de Wuhan, de l'Université des sciences et technologies de Huazhong (HUST) et de l'Université polytechnique de Milan se sont attachés à résoudre ces problèmes. Photonique avancéeEn combinant un champ électrique de commande en courant continu et un champ électrique de commande en courant alternatif presque désaccordé dans le réseau temporel synthétique, les chercheurs ont réussi à obtenir des SBO jusqu'au régime de commande forte. Pour la première fois, ils ont observé l'effet d'effondrement du SBO et ont étendu les SBO à des situations de commande d'ondes arbitraires.
Grâce à la souplesse de contrôle résultant de la personnalisation des champs électriques synthétiques CC et CA, les chercheurs observent les caractéristiques de l'amplitude d'oscillation nulle et du renversement de la direction d'oscillation initiale à des amplitudes de commande spécifiques, montrant les signatures claires de l'effondrement du SBO. Pour une commande CA sinusoïdale, ils montrent que lorsque le rapport amplitude/fréquence du champ de commande CA prend la racine de la fonction de Bessel du premier ordre, l'effondrement du SBO se produit, se manifestant par une inhibition complète de l'oscillation avec une amplitude d'oscillation nulle ainsi que le renversement de la direction d'oscillation initiale en franchissant le point d'effondrement.
Perspectives d'avenir dans les communications optiques
Les caractéristiques de basculement rapide des SBO et l'effondrement des SBO ont également été analysés à partir du spectre de Fourier des modèles d'oscillation. En généralisant les SBO du format sinusoïdal à un format d'onde arbitraire, les chercheurs ont également observé les SBO généralisés avec des conditions d'effondrement réglables. Enfin, le rapport exploite la fonction de retournement de direction d'oscillation pour concevoir des routeurs et des séparateurs de faisceaux temporels réglables.
Selon l'auteur correspondant Stefano Longhi, professeur à l'Institut polytechnique de Milan, « ce travail réalise des oscillations périodiques et un transport pour les impulsions optiques, qui peuvent également trouver de larges applications dans le contrôle polyvalent du faisceau temporel dans le routage, la division et la localisation de la lumière pour les communications optiques et le traitement du signal de nouvelle génération. »
