Los microrresonadores ópticos convierten la luz láser en pulsos ultracortos que viajan alrededor de la circunferencia del resonador. Estos pulsos llamados "solitones disipativos de Kerr, Pueden propagarse en el microrresonador manteniendo su forma.

Cuando los solitones salen del microrresonador, la luz de salida toma la forma de un tren de pulsos, una serie de pulsos repetidos con intervalos fijos. En este caso, la tasa de repetición de los pulsos está determinada por el tamaño del microrresonador. Los tamaños más pequeños permiten trenes de pulsos con altas tasas de repetición, alcanzando cientos de gigahercios de frecuencia. Estos pueden usarse para mejorar el rendimiento de los enlaces de comunicación óptica o convertirse en una tecnología central para LiDAR ultrarrápido con precisión submicrométrica.

Por emocionante que sea, esta tecnología sufre lo que los científicos llaman "pérdidas por flexión de la luz":pérdida de luz causada por curvas estructurales en su camino. Un problema bien conocido en la fibra óptica, La pérdida por flexión de la luz también significa que el tamaño de los microrresonadores no puede caer por debajo de unas pocas decenas de micrones. Por lo tanto, esto limita las tasas máximas de repetición que podemos lograr para los pulsos.

Publicando en Física de la naturaleza , Los investigadores del laboratorio de Tobias J. Kippenberg en EPFL ahora han encontrado una manera de eludir esta limitación y desacoplar la frecuencia de repetición del pulso del tamaño del microrresonador generando múltiples solitones en un solo microrresonador.

Los científicos descubrieron una forma de sembrar el microrresonador con el máximo número posible de solitones disipativos de Kerr con un espaciado exactamente igual entre ellos. Esta nueva formación de luz se puede considerar como un análogo óptico a las cadenas atómicas en sólidos cristalinos, y por eso los investigadores los llamaron "cristales de solitón perfectos" (PSC).

Debido a la mejora interferométrica y al elevado número de pulsos ópticos, Los PSC multiplican coherentemente el rendimiento del tren de pulsos resultante, no solo su tasa de repetición, pero también su poder.

Los investigadores también investigaron la dinámica de las formaciones de PSC. A pesar de su estructura altamente organizada, parecen estar estrechamente vinculados al caos óptico, un fenómeno causado por inestabilidades de luz en microrresonadores ópticos, que también es común para sistemas láser de fibra y basados ​​en semiconductores.

"Nuestros hallazgos permiten la generación de trenes de pulsos ópticos con tasas de repetición ultra altas con varios terahercios, utilizando microrresonadores regulares, ", dice el investigador Maxim Karpov." Estos se pueden utilizar para múltiples aplicaciones en espectroscopia, medidas de distancia, y como fuente de radiación de terahercios de bajo ruido con una huella del tamaño de un chip ".

Mientras tanto, la nueva comprensión de la dinámica de solitones en microrresonadores ópticos y el comportamiento de los PSC abre nuevas vías hacia la física fundamental de los conjuntos de solitones en sistemas no lineales.