Los pulsos de luz periódicos que forman un peine en el dominio de la frecuencia se utilizan ampliamente para la detección y el alcance. La clave para la miniaturización de esta tecnología hacia soluciones integradas en chips es la generación de solitones disipativos en microrresonadores en forma de anillo. Los solitones disipativos son pulsos estables que circulan alrededor de la circunferencia de un resonador no lineal.

Desde su primera demostración, El proceso de formación de solitones disipativos ha sido ampliamente estudiado y hoy se considera un conocimiento de libro de texto. Diferentes grupos de investigación en todo el mundo investigan activamente varias direcciones de desarrollo ulterior. Una de estas direcciones es la generación de solitones en resonadores acoplados. El efecto colectivo de muchos resonadores promete un mejor rendimiento y control sobre los peines de frecuencia, explotando otra dimensión (espacial).

Pero, ¿cómo cambia el acoplamiento de resonadores adicionales el proceso de generación de solitones? Los osciladores idénticos de cualquier tipo que se afecten entre sí ya no pueden considerarse como un conjunto de elementos distintos. Debido al fenómeno de hibridación, la excitación de tal sistema influye en todos sus elementos, y el sistema debe tratarse como un todo. El caso más simple en el que se produce la hibridación es el de dos osciladores acoplados o, en terminología molecular, un dímero. Además de péndulos acoplados y átomos que forman una molécula, Los modos de microrresonadores ópticos acoplados experimentan hibridación pero, a diferencia de otros sistemas, el número de modos involucrados es grande (típicamente de decenas a cientos). Por lo tanto, Los solitones en un dímero fotónico se generan en modos hibridados que involucran a ambos resonadores, lo que añade otro grado de control si se tiene acceso a los parámetros de hibridación.

En un artículo publicado en Física de la naturaleza , investigadores del laboratorio de Tobias J. Kippenberg en EPFL, e IBM Research Europe, dirigido por Paul Seidler, demostraron la generación de solitones disipativos y, por lo tanto, peines de frecuencia coherente en una molécula fotónica formada por dos microrresonadores. La generación de un solitón en el dímero implica dos solitones contrapropagados en ambos anillos resonadores. El campo eléctrico subyacente detrás de cada modo del dímero se asemeja a dos engranajes que giran en direcciones opuestas, razón por la cual los solitones en el dímero fotónico se llaman Gear Solitons. Impresión de calentadores en ambos resonadores, y controlando así la hibridación, los autores demostraron la sintonización en tiempo real del peine de frecuencia basado en solitones.

Incluso la simple disposición de dímeros, además de la generación de solitones híbridos (engranajes), ha demostrado una variedad de fenómenos emergentes, es decir, fenómenos que no están presentes en el nivel de una sola partícula (resonador). Por ejemplo, Los investigadores predijeron el efecto del salto de solitón:intercambio de energía periódico entre los resonadores que forman el dímero mientras se mantiene el estado solitónico. Este fenómeno es el resultado de la generación simultánea de solitones en ambas familias de modos híbridos cuya interacción conduce a la oscilación de energía. Salto de solitón, por ejemplo, se puede utilizar para la generación de peines configurables en el dominio de la radiofrecuencia.

"La física de la generación de solitones en un solo resonador se comprende relativamente bien hoy en día, "dice Alexey Tikan, investigador del Laboratorio de Fotónica y Medidas Cuánticas, EPFL. "El campo está investigando otras direcciones de desarrollo y mejora. Los resonadores acoplados son una de las pocas perspectivas de este tipo. Este enfoque permitirá el empleo de conceptos de campos adyacentes de la física. Por ejemplo, se puede formar un aislante topológico (conocido en física del estado sólido) acoplando resonadores en una red, lo que conducirá a la generación de peines de frecuencia robustos inmunes a los defectos de la red, y al mismo tiempo beneficiarse de la eficiencia mejorada y los grados adicionales de control. Nuestro trabajo da un paso hacia estas fascinantes ideas ".