Uma equipe da Faculdade de Física da Universidade Estadual de Moscou Lomonosov, junto com cientistas do Russian Quantum Center, desenvolveram um novo modelo matemático que descreve o processo de ocorrência de soliton em microrressonadores ópticos. No futuro, isso pode levar a osciladores ópticos universais e outros avanços. O trabalho foi publicado em Optics Express .

Em 2017, uma equipe de cientistas liderada por Mikhail Gorodetsky, um professor da Faculdade de Física, MSU, desenvolveu um método para controlar o número de solitons nos chamados microrressonadores ópticos. Microrressonadores são a base da fotônica moderna, uma ciência especializada em sinais ópticos. Um ressonador é uma armadilha em forma de anel para a luz na qual um fóton ricocheteia muitas vezes, movendo-se em círculos.

Sólitons são ondas localizadas solitárias que aparecem em ressonadores se o índice de refração do material de construção de um ressonador é não linear e é uma determinada função do comprimento de onda. Nesse caso, um feixe de laser, depois de fazer uma série de rodadas dentro de um ressonador, divide-se em solitons separados (ou seja, autofoco e se transforma em pulsos de femtossegundos).

Ao usar esses ressonadores, os cientistas estão especialmente interessados ​​nos chamados "pentes ópticos" de soliton - criados em ressonadores com um espectro óptico em forma de pente típico no qual a distância entre dois picos adjacentes é igual ao tempo inverso que a luz requer para fazer todo o círculo. Esses pentes podem ser usados ​​na solução de uma série de problemas aplicados.

O problema é que a ocorrência de pentes úteis em um ressonador à base de fluoreto de magnésio (MgF ₂ ) ou a sílica fundida está associada a vários efeitos prejudiciais. Isso inclui o chamado espalhamento combinacional ou Raman. É causada por oscilações de moléculas separadas em uma substância. Depois de atingir a superfície de tal substância, a luz é reemitida com outro comprimento de onda. O efeito tem um limite, dependendo da intensidade da radiação e da composição da substância, e causa a destruição de solitons e distorção do espectro. Os cientistas geralmente não mergulham profundamente na natureza desse efeito ao criar equações que descrevem efeitos em microrressonadores, e apenas aplique algumas correções às equações. No novo jornal, a equipe de pesquisadores estudou a natureza desse efeito e desenvolveu novas equações que descrevem a geração de pentes ópticos levando em consideração o espalhamento Raman. O sistema de equações pode ser usado para simulação numérica dos efeitos que ocorrem em ressonadores ópticos.

“Usamos essas equações para verificar o comportamento da luz em ressoadores com dispersão anômala e obtivemos efeitos previamente conhecidos. testamos nossa teoria, "explicou o professor Gorodetsky." Depois disso, nós o aplicamos a favos com dispersão normal que têm platicons (pulsos com picos de espectro em forma de platô) em vez de solitons. "

O novo modelo permitiu aos cientistas prever uma série de efeitos até então desconhecidos, por exemplo, quando os pulsos de dispersão regulares são muito distorcidos devido ao espalhamento Raman - eles são destruídos, começa a bifurcar, etc. As novas ferramentas matemáticas são importantes para os cientistas compreenderem como obter pentes ópticos em ambientes com dispersão regular. Espera-se que novos experimentos comprovem as conclusões sobre o exemplo dos plátanos.

"Atualmente, existem poucos laboratórios no mundo que estudam os favos de soliton. Junto com nossos colegas suíços, fomos os primeiros a demonstrá-los. Eles são amplamente usados, em particular na espectroscopia de alta precisão, para aumentar a velocidade da troca de informações, em redes de telecomunicações, e no LIDAR, "explicou Gorodetsky." Algum tempo atrás, Cientistas alemães usaram pentes ópticos para determinar com precisão a forma de uma bala em movimento e conseguiram ver como ela muda devido à resistência do ar. "

Os pentes ópticos oferecem perspectivas de desenvolvimento de osciladores ópticos baseados em apenas um chip e emitindo luz com qualquer frequência predefinida, o que é impossível para lasers modernos e outros geradores. Além disso, eles podem servir como base para espectrômetros do tipo bolso para analisar a composição de substâncias. Atualmente, esta tarefa requer dispositivos bastante massivos.