Kollision von Solitonen in optischen Mikroresonatoren zur Aufdeckung wichtiger physikalischer Grundlagen

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Solitonen sind selbstverstärkende partikelähnliche Wellenpakete, die durch das Gleichgewicht zwischen Dispersion und Nichtlinearität ermöglicht werden.

Solitonen, die in der Hydrodynamik, in Lasern, kalten Atomen und Plasmen auftreten, werden erzeugt, wenn ein Laserfeld in einen kreisförmigen Resonator mit ultra-niedrigem Verlust eingeschlossen wird, wodurch mehrere Solitonen erzeugt werden, die sich um den Resonator bewegen.Normalerweise bewegen sich diese Solitons mit der gleichen Geschwindigkeit, so dass sie selten nahe beieinander liegen.

Wenn Solitonen jedoch ineinander kollidieren, können sie wichtige physikalische Grundlagen des Systems offenbaren, einschließlich der Eigenschaften des Wirtsresonators und seiner Nichtlinearität.

Dies bedeutet, dass der Nachweis und die Kontrolle von Solitonenkollisionen in optischen Mikroresonatoren ein Hauptziel für Forscher in der nichtlinearen Dynamik und Solitonenphysik ist.In Physical Review X veröffentlicht, haben Forscher im Labor von Tobias Kippenberg an der EPFL jetzt eine neuartige und effektive Methode zur Erzeugung von Soliton-Kollisionen in Mikroresonatoren entwickelt.

Der Ansatz verwendet zwei Laser, um zwei verschiedene Soliton-Spezies – jede Spezies hat eine einzigartige Reisegeschwindigkeit – in einem kristallinen Flüstergaleriemodus-Resonator zu erzeugen.Die Forscher geben zwei Laserfelder in den Mikroresonator ein und treiben damit zwei Solitonarten an, deren Geschwindigkeitsinkongruenz flexibel gesteuert werden kann.

Infolgedessen kollidieren Solitonen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ineinander.

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Abhängig von der Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der Solitonen können sich die verschiedenen Solitonen nach der Kollision miteinander verbinden oder sich kreuzen.

Da jede Kollision in sehr kurzer Zeit stattfindet, können herkömmliche Techniken das individuelle Soliton-Verhalten nicht auflösen.Hier nutzten die Forscher eine von Hochgeschwindigkeitsmodulatoren erzeugte Impulsfolge, um die Solitonen zu sondieren.

Die Interferenz zwischen den Impulsen und den Solitonen erzeugt elektronische Signale, die aufgezeichnet und analysiert werden können, so dass die Forscher die Ergebnisse mit theoretischen Simulationen vergleichen können, die die experimentellen Beobachtungen genau vorhersagen.

Dieses Phänomen zeigt….

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