Oscilações de Bloch (BOs) foram inicialmente previstas para elétrons em uma rede sólida conforme um campo elétrico estático é aplicado. Cientistas na China criaram uma rede de frequência sintética em um loop de fibra sob modulação de fase desafinada e observaram diretamente os BOs de frequência em tempo real. O espectro de frequência na banda de telecomunicações pode ser alterado para até centenas de GHz. O estudo pode encontrar aplicações em manipulações de frequência em sistemas de comunicação de fibra óptica.

BOs descrevem o movimento periódico de elétrons em sólidos aos quais um campo elétrico estático externo é aplicado. Contudo, é um desafio medir os BOs diretamente em sólidos naturais, uma vez que o tempo de relaxamento dos elétrons é geralmente muito mais curto do que o período de oscilação. A data, analogias de BOs de elétrons foram estendidas às dimensões sintéticas do tempo, frequência e momentos angulares.

Em estudos anteriores, as BOs de frequência foram demonstradas experimentalmente em uma fibra não linear com modulação de fase cruzada. Contudo, o espectro de frequência foi obtido apenas na saída da fibra, e, portanto, o processo de evolução dos BOs foi medido apenas indiretamente. Além disso, BOs de frequência foram teoricamente demonstrados em micro-ressonadores sob modulação temporal. Considerando a estrutura compacta dos ressonadores de anel, a observação direta de BOs ainda enfrenta dificuldades em compensar a redução de potência na coleta de sinais.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas, liderado pelo Professor Bing Wang da Escola de Física e Laboratório Nacional de Wuhan para Optoeletrônica, Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia, Wuhan, China, e colegas de trabalho observaram diretamente os BOs de frequência em um loop de fibra modulada com desafinação de tempo. O espectro do pulso óptico incidente experimentou um movimento periódico na rede de frequência formada pela modulação de fase. A dessintonização do tempo produziu uma força de campo elétrico eficaz na rede, que foi associado ao potencial vetor efetivo variando com a evolução do espectro. Adicionalmente, a evolução transitória do espectro foi medida em tempo real usando a técnica de transformação de Fourier dispersiva (DFT). Com base nos BOs de domínio de frequência, uma mudança de frequência máxima de até 82 GHz foi alcançada. A largura de banda do pulso de entrada também foi ampliada para 312 GHz.

O estudo oferece uma abordagem promissora para a realização de BOs em dimensões sintéticas e pode encontrar aplicações em manipulações de frequência em sistemas de comunicação de fibra óptica. Esses cientistas resumem o princípio do trabalho:"A modulação de fase induz o acoplamento entre os modos de frequência adjacentes que constroem uma rede na dimensão da frequência. À medida que o pulso óptico se propaga no loop da fibra, o tempo de ida e volta pode ser ajustado usando uma linha de atraso ótico. Um pequeno intervalo de tempo pode ser introduzido entre o tempo de circulação de pulso e o período de modulação, que serve como uma força de campo elétrico eficaz na rede de frequência e, portanto, a terra dá origem a BOs de frequência. Mostramos que o potencial do vetor também pode contribuir para a geração da força efetiva, que varia com a distância de propagação. "

"Para realizar a medição em tempo real do espectro de pulso acoplado do loop, um espectroscópio baseado no DFT é conectado ao final do circuito de loop de fibra. Uma fibra de compensação de dispersão longa realiza uma transformada de Fourier, que mapeia o envelope do espectro do pulso óptico em uma forma de onda no domínio do tempo. Graças à dispersão em fibra, a medição em tempo real do espectro de frequência com uma resolução de ~ 9,8 GHz pode ser alcançada. "

"Implementamos a incidência de pulsos curtos e amplos e observamos diretamente os modos de oscilação e respiração dos BOs de frequência. À medida que o pulso curto se propaga no loop da fibra, vê-se que o espectro do pulso incidente evolui ao longo de uma trajetória cosinoidal, referindo-se aos BOs de frequência. Para um pulso amplo, o espectro manifesta um padrão de respiração acompanhado por um efeito de autofocalização durante a evolução, "acrescentaram.

"Com base no presente método, as manipulações de espectro superam a limitação de largura de banda microeletrônica. Este estudo pode encontrar muitas aplicações em conversão de frequência de alta eficiência e processamento de sinal. Adicionalmente, na ajuda de BOs, verificamos que o potencial de medição vetorial pode ser empregado para manipular as propriedades ópticas de fótons em rede de frequência sintética, que fornece uma maneira única de controlar a luz, especialmente no campo da fotônica topológica, "prevêem os cientistas.