Un equipo de la Facultad de Física de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, junto con científicos del Centro Cuántico Ruso, han desarrollado un nuevo modelo matemático que describe el proceso de aparición de solitones en microrresonadores ópticos. En el futuro, esto podría conducir a osciladores ópticos universales y otros avances. El trabajo fue publicado en Óptica Express .

En 2017, un equipo de científicos dirigido por Mikhail Gorodetsky, profesor de la Facultad de Física, MSU, desarrolló un método para controlar el número de solitones en los llamados microrresonadores ópticos. Los microrresonadores son la base de la fotónica moderna, una ciencia que se especializa en señales ópticas. Un resonador es una trampa de luz en forma de anillo en la que un fotón rebota en forma rasante muchas veces, moviéndose en círculos.

Los solitones son ondas localizadas solitarias que aparecen en resonadores si el índice de refracción del material de construcción de un resonador no es lineal y es una función determinada de la longitud de onda. En este caso, un rayo láser, después de hacer varias rondas dentro de un resonador, se divide en solitones separados (es decir, se enfoca automáticamente y se convierte en pulsos de femtosegundos).

Al usar estos resonadores, Los científicos están especialmente interesados ​​en los llamados "peines ópticos" de solitones, creados en resonadores que tienen un espectro óptico típico en forma de peine en el que la distancia entre dos picos adyacentes es igual al tiempo inverso que la luz requiere para hacer el círculo completo. Estos peines se pueden utilizar para resolver una serie de problemas de aplicación.

El problema es que la aparición de peines útiles en un resonador a base de fluoruro de magnesio (MgF ₂ ) o la sílice fundida se asocia con una serie de efectos nocivos. Estos incluyen la denominada dispersión combinatoria o Raman. Es causada por oscilaciones de moléculas separadas en una sustancia. Después de alcanzar la superficie de tal sustancia, la luz se vuelve a emitir con otra longitud de onda. El efecto tiene un umbral, dependiendo de la intensidad de la radiación y la composición de la sustancia, y provoca la destrucción de solitones y distorsión del espectro. Los científicos generalmente no se sumergen profundamente en la naturaleza de este efecto cuando crean ecuaciones que describen efectos en microrresonadores, y solo aplique algunas correcciones a las ecuaciones. En el nuevo periódico, el equipo de investigadores estudió la naturaleza de este efecto y desarrolló nuevas ecuaciones que describen la generación de peines ópticos teniendo en cuenta la dispersión Raman. El sistema de ecuaciones se puede utilizar para la simulación numérica de los efectos que se producen en los resonadores ópticos.

"Utilizamos estas ecuaciones para comprobar el comportamiento de la luz en resonadores con dispersión anómala y obtuvimos efectos previamente conocidos. Así, hemos probado nuestra teoría, ", explicó el profesor Gorodetsky." Después de eso, lo aplicamos a peines con dispersión normal que tienen platicones (pulsos con picos de espectro en forma de meseta) en lugar de solitones ".

El nuevo modelo permitió a los científicos predecir una serie de efectos previamente desconocidos, por ejemplo, cuando los pulsos de dispersión regulares están muy distorsionados debido a la dispersión Raman, se destruyen, empezar a bifurcar, etc. Las nuevas herramientas matemáticas son importantes para que los científicos comprendan cómo obtener peines ópticos en entornos con dispersión regular. Se espera que otros experimentos prueben las conclusiones sobre el ejemplo de platicons.

"En la actualidad, solo hay unos pocos laboratorios en el mundo que estudian peines solitones. Junto con nuestros colegas suizos, fuimos los primeros en demostrarlos. Son ampliamente utilizados, en particular en espectroscopia de alta precisión, aumentar la velocidad del intercambio de información, en redes de telecomunicaciones, y en LIDAR, ", explicó Gorodetsky." Hace algún tiempo, Los científicos alemanes utilizaron peines ópticos para determinar con precisión la forma de una bala en movimiento y lograron ver cómo cambia debido a la resistencia del aire ".

Los peines ópticos ofrecen la posibilidad de desarrollar osciladores ópticos basados ​​en un solo chip y emitir luz con cualquier frecuencia preestablecida. lo cual es imposible para los láseres modernos y otros generadores. Es más, pueden servir como base para espectrómetros de bolsillo para analizar la composición de sustancias. En la actualidad, esta tarea requiere dispositivos bastante masivos.