Os solitons são pacotes de ondas do tipo partícula de auto-reforço, habilitados pelo equilíbrio entre a dispersão e a não linearidade. Ocorrendo na hidrodinâmica, lasers, átomos frios, e plasmas, solitons são gerados quando um campo de laser é confinado em um ressonador circular com perda ultrabaixa, que produz vários solitons viajando ao redor do ressonador.

Normalmente, esses solitons viajam com a mesma velocidade, então eles raramente chegam perto um do outro. Contudo, quando os solitons colidem uns com os outros, eles podem revelar a física fundamental importante do sistema, incluindo as propriedades do ressonador hospedeiro e sua não linearidade. O que isso significa é que demonstrar e controlar as colisões de solitons em microrressonadores ópticos é o principal objetivo dos pesquisadores em dinâmica não linear e física de solitons.

Publicado em Revisão Física X , pesquisadores do laboratório de Tobias Kippenberg na EPFL desenvolveram agora um método novo e eficaz para gerar colisões de solitons em microrressonadores. A abordagem usa dois lasers para gerar duas espécies diferentes de soliton - cada espécie tem uma velocidade de viagem única - em um ressonador de modo de galeria sussurrante cristalino.

Os pesquisadores inserem dois campos de laser no microrressonador, conduzir duas espécies de soliton cuja incompatibilidade de velocidade pode ser controlada de forma flexível. Como resultado, solitons com velocidades diferentes colidem uns com os outros.

Dependendo da diferença entre as velocidades dos solitons, solitons diferentes podem ligar-se uns aos outros após colidirem ou se cruzarem. Uma vez que cada colisão acontece em um tempo muito curto, as técnicas convencionais não podem resolver os comportamentos individuais dos solitons.

Aqui, os pesquisadores usaram um trem de pulso produzido por moduladores de alta velocidade para sondar os solitons. A interferência entre os pulsos e os solitons gera sinais eletrônicos que podem ser registrados e analisados, permitindo aos pesquisadores comparar os resultados com simulações teóricas que prevêem com precisão as observações experimentais.

Este fenômeno mostra o quão robusto esses solitons em microrressonadores ópticos podem ser. "Durante a colisão do sótão, a forma de um sótão individual pode ser significativamente distorcida, e sua energia exibe vibrações dramáticas, "explica Wenle Weng, o primeiro autor do artigo. "Ainda, eles podem sobreviver ao forte impacto da colisão, e eles podem se unir ou se separar após a colisão. "

O trabalho apresenta uma plataforma conveniente, porém poderosa, para estudar interações complexas de soliton e dinâmica não linear transiente. Mas também pode ter ajudado a gerar combs de frequência sincronizada e telecomunicações ópticas baseadas em soliton. Os mecanismos de colisão e ligação podem ser utilizados para construir pentes de frequência com estruturas não convencionais para metrologia óptica, e para aumentar a largura de banda dos combs de frequência em geral.