Las oscilaciones de Bloch (BO) se predijeron inicialmente para los electrones en una red sólida cuando se aplica un campo eléctrico estático. Los científicos en China crearon una red de frecuencia sintética en un bucle de fibra bajo modulación de fase desafinada y observaron directamente las BO de frecuencia en tiempo real. El espectro de frecuencias en la banda de telecomunicaciones se puede desplazar hasta cientos de GHz. El estudio puede encontrar aplicaciones en manipulaciones de frecuencia en sistemas de comunicación de fibra óptica.

Los BO describen el movimiento periódico de electrones en sólidos a los que se les aplica un campo eléctrico estático externo. Sin embargo, Es un desafío medir los BO directamente en sólidos naturales, ya que el tiempo de relajación de los electrones suele ser mucho más corto que el período de oscilación. Hasta la fecha, Las analogías de los BO de electrones se han extendido a las dimensiones sintéticas del tiempo, frecuencia y momentos angulares.

En estudios anteriores, las BO de frecuencia se han demostrado experimentalmente en una fibra no lineal con modulación de fase cruzada. Sin embargo, el espectro de frecuencia se ha obtenido solo a la salida de la fibra, y, por tanto, el proceso de evolución de los BO se ha medido sólo de forma indirecta. Además, Los BO de frecuencia se han demostrado teóricamente en micro-resonadores bajo modulación temporal. Teniendo en cuenta la estructura compacta de los resonadores de anillo, la observación directa de los BO aún enfrenta dificultades para compensar la reducción de potencia al recolectar señales.

En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Bing Wang de la Escuela de Física y el Laboratorio Nacional de Optoelectrónica de Wuhan, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, Wuhan, Porcelana, y compañeros de trabajo han observado directamente las BO de frecuencia en un bucle de fibra modulado con desafinación del tiempo. El espectro del pulso óptico incidente experimentó un movimiento periódico en la red de frecuencia formada por la modulación de fase. La desafinación del tiempo produjo una fuerza de campo eléctrico efectiva en la red, que se asoció con el potencial del vector efectivo que variaba con la evolución del espectro. Adicionalmente, La evolución transitoria del espectro se midió en tiempo real utilizando la técnica de transformación dispersiva de Fourier (DFT). Basado en los BO en el dominio de la frecuencia, Se logró un desplazamiento de frecuencia máximo de hasta 82 GHz. El ancho de banda del pulso de entrada también se amplió hasta 312 GHz.

El estudio ofrece un enfoque prometedor para realizar BO en dimensiones sintéticas y puede encontrar aplicaciones en manipulaciones de frecuencia en sistemas de comunicación de fibra óptica. Estos científicos resumen el principio del trabajo:"La modulación de fase induce el acoplamiento entre los modos de frecuencia adyacentes, lo que construye una red en la dimensión de frecuencia. A medida que el pulso óptico se propaga en un bucle de fibra, el tiempo de ida y vuelta se puede ajustar utilizando una línea de retardo óptico. Se puede introducir una pequeña desafinación entre el tiempo de circulación del pulso y el período de modulación, que sirve como una fuerza de campo eléctrico efectiva en la red de frecuencia y, por lo tanto, la tierra da lugar a BO de frecuencia. Mostramos que el potencial del vector también puede contribuir a la generación de la fuerza efectiva, que varía con la distancia de propagación ".

"Para realizar una medición en tiempo real del espectro de pulsos acoplado desde el bucle, un espectroscopio basado en el DFT está conectado al final del circuito de bucle de fibra. Una fibra de compensación de dispersión larga realiza una transformada de Fourier, que mapea la envolvente del espectro del pulso óptico en una forma de onda en el dominio del tiempo. Gracias a la dispersión en fibra, Se puede lograr una medición en tiempo real del espectro de frecuencias con una resolución de ~ 9,8 GHz ".

"Implementamos la incidencia de pulsos cortos y amplios y observamos directamente los modos de oscilación y respiración de los BO de frecuencia. A medida que el pulso corto se propaga en el bucle de fibra, se ve que el espectro del pulso incidente evoluciona a lo largo de una trayectoria cosinoidal, refiriéndose a los BO de frecuencia. Para un pulso amplio el espectro manifiesta un patrón de respiración acompañado de un efecto de autoenfoque durante la evolución, ", agregaron.

"Basado en el método actual, las manipulaciones del espectro superan la limitación del ancho de banda microelectrónico. Este estudio puede encontrar muchas aplicaciones en la conversión de frecuencia y el procesamiento de señales de alta eficiencia. Adicionalmente, en ayuda de los BO, Verificamos que el potencial de calibre vectorial se puede emplear para manipular las propiedades ópticas de los fotones en una red de frecuencia sintética, que proporciona una forma única de controlar la luz, especialmente en el campo de la fotónica topológica, "predicen los científicos.