Los solitones son paquetes de ondas similares a partículas que se refuerzan a sí mismos, habilitados por el equilibrio entre la dispersión y la no linealidad. Ocurriendo en hidrodinámica, láseres átomos fríos, y plasmas, Los solitones se generan cuando un campo láser está confinado en un resonador circular con pérdida ultrabaja, que produce múltiples solitones viajando alrededor del resonador.

Normalmente, estos solitones viajan con la misma velocidad, por lo que rara vez se acercan el uno al otro. Sin embargo, cuando los solitones chocan entre sí, pueden revelar una física fundamental importante del sistema, incluyendo las propiedades del resonador anfitrión y su no linealidad. Lo que esto significa es que demostrar y controlar las colisiones de solitones en microrresonadores ópticos es un objetivo importante para los investigadores en dinámica no lineal y física de solitones.

Publicado en Revisión física X , Los investigadores del laboratorio de Tobias Kippenberg en EPFL han desarrollado un método novedoso y eficaz para generar colisiones de solitones en microrresonadores. El enfoque utiliza dos láseres para generar dos especies de solitones diferentes (cada especie tiene una velocidad de viaje única) en un resonador cristalino en modo galería susurrante.

Los investigadores introducen dos campos láser en el microrresonador, conduciendo dos especies de solitones cuyo desajuste de velocidad se puede controlar de manera flexible. Como resultado, los solitones con diferentes velocidades chocan entre sí.

Dependiendo de la diferencia entre las velocidades de los solitones, diferentes solitones pueden unirse entre sí después de chocar o cruzarse. Dado que cada colisión ocurre en muy poco tiempo, las técnicas convencionales no pueden resolver los comportamientos individuales del solitón.

Aquí, los investigadores utilizaron un tren de pulsos producido por moduladores de alta velocidad para sondear los solitones. La interferencia entre los pulsos y los solitones genera señales electrónicas que se pueden registrar y analizar, permitiendo a los investigadores comparar los resultados con simulaciones teóricas que predicen con precisión las observaciones experimentales.

Este fenómeno muestra cuán robustos pueden ser estos solitones en microrresonadores ópticos. "Durante la colisión de un solitón, la forma de un solitón individual puede distorsionarse significativamente, y su energía exhibe vibraciones dramáticas, "explica Wenle Weng, el primer autor del artículo. "Todavía, pueden sobrevivir al fuerte impacto de la colisión, y pueden unirse o separarse entre sí después de la colisión ".

El trabajo presenta una plataforma conveniente pero poderosa para estudiar interacciones complejas de solitones y dinámicas no lineales transitorias. Pero también puede ayudar a generar peines de frecuencia sincronizados y telecomunicaciones ópticas basadas en solitones. Los mecanismos de colisión y unión se pueden utilizar para construir peines de frecuencia con estructuras no convencionales para metrología óptica, y para mejorar el ancho de banda de los peines de frecuencia en general.