Imagen de microscopía electrónica de barrido que muestra una cadena de cavidades de semiconductores. La distancia entre las cavidades está modulada, lo que da lugar a dos valores diferentes del acoplamiento J y J’ entre cavidades adyacentes (representado esquemáticamente por flechas blancas dobles). Esta modulación del acoplamiento dota a la red de propiedades topológicas. Dos cavidades de la red son excitadas por dos láseres de amplitud F, frecuencia angular y que presentan una diferencia de fase. Crédito:C2N/CNRS.
La fotónica topológica es un área de investigación en rápida evolución que se centra en el diseño de redes fotónicas en las que el comportamiento de la luz se inspira en la física de los aisladores topológicos. Si bien la mayoría de los estudios en esta área presentaron sistemas fotónicos con propiedades topológicas lineales, trabajos recientes han comenzado a sentar las bases de la fotónica topológica no lineal.
Investigadores de la Université Paris-Saclay CNRS han informado recientemente sobre la respuesta no lineal de una red topológica que implementa una versión disipativa impulsada del modelo Su-Schrieffer-Heeger; un marco topológico elemental de renombre que describe partículas que saltan en una red 1D. Los hallazgos recopilados por el equipo de la Université Paris-Saclay CNRS, publicados en Nature Physics , muestran que se puede explotar la conducción coherente en redes topológicas, lo que permite a los físicos estabilizar nuevas fases no lineales.
"En 2017, nuestro grupo demostró el primer láser topológico utilizando una red 1D de resonador semiconductor muy similar al utilizado en nuestro estudio reciente", dijeron a Phys.org Sylvain Ravets y Jacqueline Bloch, dos de los investigadores que llevaron a cabo el estudio. . "En este trabajo inicial, sin embargo, estábamos usando las propiedades topológicas lineales del sistema".
El estudio reciente de Ravets, Bloch y sus colegas se basa en sus esfuerzos de investigación anteriores, con el objetivo de ampliar su investigación a la física topológica no lineal, que hasta ahora se ha explorado principalmente en el contexto de los sistemas conservativos. En sus experimentos, los investigadores utilizaron una plataforma con una no linealidad óptica significativa, que está sujeta a una conducción y disipación continuas.
"Usamos nanotecnologías para fabricar una red 1D de resonadores no lineales acoplados", explicaron Ravets y Bloch. "Cada resonador consta de una cavidad óptica que contiene un medio activo (un pozo cuántico semiconductor), que proporciona la no linealidad. El acoplamiento entre las cavidades vecinas se escalona para implementar el modelo topológico más simple, conocido como el modelo Su Schrieffer Heger". /P>
En la parte superior de la figura se muestra la ilustración de la nueva familia de solitones de brecha disipativa descubierta por los investigadores para el perfil de intensidad medido de dicho solitón. La intensidad es muy fuerte en un solo sitio, lo que provoca la desafinación espectral de este sitio con respecto al resto de la cadena. De este modo, la cadena se rompe efectivamente y aparece un estado de borde en el espectro de excitación, como se muestra en la parte inferior de la figura. Crédito:C2N/CNRS.
Para desencadenar una respuesta no lineal en su red 1D, Ravets, Bloch y sus colegas hicieron brillar uno o dos rayos láser en partes específicas de la red. Posteriormente, monitorearon la intensidad transmitida en función de la potencia del láser de entrada.
"Una perilla particularmente relevante que usamos en nuestro experimento es la fase relativa entre los haces de excitación, que proporciona un nuevo nivel de control que no se había considerado hasta ahora", dijeron Ravets y Bloch.
Los experimentos llevados a cabo por los investigadores arrojaron resultados novedosos e interesantes. En concreto, el equipo descubrió la formación de nuevas familias de solitones gap, que se estabilizan mediante la excitación resonante. Estos solitones de brecha no existen en los sistemas conservadores, como las guías de ondas acopladas que operan en geometrías propagativas.
"Estos solitones tienen el mismo perfil que un estado de borde topológico y, de hecho, inducen la aparición de un estado de borde topológico para excitaciones por encima del estado estacionario no lineal. Nos gusta llamar a esta capacidad de controlar el sistema a través de la ingeniería de la excitación láser. esquema de 'ingeniería de propulsión'", dijeron Ravets y Bloch.
El estudio reciente de Ravets, Bloch y sus colegas destaca la posibilidad de explotar la conducción coherente para estabilizar las fases no lineales en los sistemas fotónicos topológicos. En el futuro, los métodos experimentales descritos en su artículo podrían usarse para controlar la topología de los sistemas fotónicos 1D y también podrían extenderse a los sistemas 2D.
"En nuestro próximo estudio, planeamos extender estas ideas a los aisladores topológicos fotónicos en redes 2D donde nuestro objetivo será demostrar la capacidad de controlar ópticamente la topología de una red fotónica no lineal a través de la ingeniería del impulso y la disipación". Ravets y Bloch agregaron.
© 2022 Red Ciencia X La demostración experimental de la disipación topológica en resonadores fotónicos
