O ressonador de anel dinâmico oferece uma nova oportunidade na dimensão de frequência sintética

Treliça de stub sintético ao longo do eixo de frequência da luz em dois anéis de fibra acoplados de diferentes comprimentos. Crédito:Guangzhen Li, Shanghai Jiao Tong University

Dimensões sintéticas em fotônica oferecem novas e excitantes maneiras de manipular a luz, estudar fenômenos físicos com conectividades exóticas e explorar a física de dimensões superiores. Sistemas ressonadores em anel modulados dinamicamente, onde os modos ressonantes são acoplados para construir uma dimensão de frequência sintética, podem fornecer grande flexibilidade experimental e reconfigurabilidade.
A construção de redes sintéticas complexas, como redes de Lieb e redes de favo de mel em múltiplos anéis, levará a ricas oportunidades para explorar fenômenos físicos exóticos que atualmente existem apenas no domínio teórico, como transição de fase paridade-tempo em sistemas não-Hermitianos e -topologias de ordem. Para a construção experimental de redes multianéis mais complicadas, a criação de sistemas de espaço de frequência sintéticos em dois anéis de comprimentos diferentes é um passo importante.

Conforme relatado em Fotônica avançada , uma equipe de pesquisadores da Universidade Jiao Tong de Xangai construiu recentemente uma treliça sintética ao longo da dimensão de frequência. Eles usaram dois anéis acoplados de comprimentos diferentes, enquanto o anel maior sofreu modulação dinâmica. Seu estudo, que foi a primeira demonstração experimental desse tipo, observou e verificou as propriedades físicas intrínsecas de tais redes, especialmente a existência natural da banda plana (sem dispersão). Eles também observaram a localização do modo próximo à banda plana. Essas bandas planas no espaço sintético podem ainda ser modificadas pela introdução de acoplamentos de longo alcance na modulação, o que permite transições de bandas planas para não planas, para controle dinâmico da luz.

(a)-(b) Leitura da estrutura de banda resolvida no tempo medida da saída da porta de saída do anel excitado, que exibe projeções de intensidade da banda em superposições de diferentes modos ressonantes. (c) Espectros de modo ressonante resolvidos experimentalmente em função da dessintonização de frequência e (d) as distribuições de modo correspondentes de duas frequências de entrada selecionadas localizadas nas bandas plana e dispersiva, respectivamente. (e)-(f) Observações de transições de banda plana para não plana obtidas pela adição de acoplamentos de longo alcance. Crédito:Fotônica Avançada (2022). DOI:10.1117/1.AP.4.3.036002

Além disso, ao escolher seletivamente as portas de entrada e saída para excitações e medições de transmissão, eles puderam observar padrões distintos de estrutura de banda. Tais resultados diferem notavelmente de trabalhos anteriores em física de banda plana. Eles revelam que os sinais no sistema podem transportar informações ópticas de modos de superposição em dimensões de frequência sintéticas.

Esta demonstração de manipulação de luz exótica pode permitir aplicações essenciais de comunicações ópticas em ressonadores baseados em fibra ou em chip. O trabalho também é potencialmente um marco significativo:A construção da treliça de stub em dois anéis acoplados de diferentes comprimentos prova a viabilidade experimental de conectar vários anéis de diferentes tipos para construir treliças complexas além da geometria linear ou quadrada no espaço sintético. Os autores antecipam que seus resultados podem abrir caminho para a futura realização experimental de propostas teóricas anteriores. + Explorar mais