Des solitons de Kerr sans dispersion chromatique
Dans un nouvel article publié dans Light Science & Application (Nature) le 9 janvier 2023, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Philippe Grelu (Université de Bourgogne) du Laboratoire ICB et le professeur Xiaoxiao Xue de l’Université de Tsinghua a démontré un nouveau type de solitons de cavité nommés solitons « sans dispersion ».
Distincts des solitons précédemment connus, les solitons « sans dispersion » existent lorsque la dispersion chromatique devient négligeable. La formation de solitons sans dispersion repose sur un équilibre composite impliquant le filtrage spectral, l’automodulation de phase, le gain paramétrique et la perte de cavité. Lorsque l’ordre du filtre tend vers l’infini, le soliton évolue asymptotiquement vers une impulsion de type Nyquist limitée par la transformée, découvrant un lien inattendu entre les solitons conservateurs et dissipatifs. Le soliton de Nyquist présente un spectre ultra-plat entièrement confiné, et l’énergie de l’impulsion peut être promue indéfiniment sans altérer ses formes temporelles et spectrales.
Des solitons « sans dispersion » ont été étudiés dans une cavité en anneau de fibre entraînée de manière cohérente avec une dispersion et une perte programmable. Des molécules de solitons sans dispersion et leur transition déterministe vers des solitons uniques ont également été mises en évidence. Un modèle théorique a été développé montrant un excellent accord avec l’observation expérimentale.
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Xue, X., Grelu, P., Yang, B. et al. Dispersion-less Kerr solitons in spectrally confined optical cavities. Light Sci Appl 12, 19 (2023). https://doi.org/10.1038/s41377-022-01052-8 - Contact:
Professeur Philippe Grelu, philippe.grelu@u-bourgogne.fr
Ces nouveaux solitons sans dispersion sont adaptés par filtrage spectral, qui est précisément contrôlé dans l'expérience. A la limite où le filtre devient rectangulaire, filtrage spectral et non-linéarité de Kerr peuvent parfaitement s'équilibrer, ce qui est étonnant. En effet, le soliton sans dispersion devient alors un soliton de Nyquist, une forme d'onde qui est prototypique dans l'optimisation des communications optiques car elle a une extension spectrale compacte optimale.
Le soliton de Nyquist est fascinant pour son spectre ultra-plat entièrement confiné et son immunité aux limitations d'échelle de largeur d'énergie. Dans nos expériences, environ 99,6% de la puissance spectrale totale est confinée à moins de -6 dB de l'intensité de la longueur d'onde centrale du soliton. C'est très intéressant pour la génération de peignes de fréquence Kerr plats très efficaces, qui est un objectif récurrent et difficile.
Bien que nos expériences soient réalisées avec des cavités de fibres macroscopiques, le concept peut être facilement transporté vers des plates-formes intégrées. En utilisant des structures cristallines photoniques pour adapter la perte et la dispersion spectrales, il est possible de générer des micropeignes ultra-plates pour une large gamme d'applications telles que les communications, la télémétrie lidar, l'informatique optique, etc. prédisent les scientifiques.
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Dans un nouvel article publié dans Light Science & Application (Nature) le 9 janvier 2023, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Philippe Grelu (Université de Bourgogne) du Laboratoire ICB et le professeur Xiaoxiao Xue de l'Université de Tsinghua a démontré un nouveau type de solitons de cavité nommés solitons "sans dispersion".
Distincts des solitons précédemment connus, les solitons « sans dispersion » existent lorsque la dispersion chromatique devient négligeable. La formation de solitons sans dispersion repose sur un équilibre composite impliquant le filtrage spectral, l'automodulation de phase, le gain paramétrique et la perte de cavité. Lorsque l'ordre du filtre tend vers l'infini, le soliton évolue asymptotiquement vers une impulsion de type Nyquist limitée par la transformée, découvrant un lien inattendu entre les solitons conservateurs et dissipatifs. Le soliton de Nyquist présente un spectre ultra-plat entièrement confiné, et l'énergie de l'impulsion peut être promue indéfiniment sans altérer ses formes temporelles et spectrales.
Des solitons « sans dispersion » ont été étudiés dans une cavité en anneau de fibre entraînée de manière cohérente avec une dispersion et une perte programmable. Des molécules de solitons sans dispersion et leur transition déterministe vers des solitons uniques ont également été mises en évidence. Un modèle théorique a été développé montrant un excellent accord avec l'observation expérimentale.
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Professeur Philippe Grelu, philippe.grelu@u-bourgogne.fr
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Le soliton de Nyquist est fascinant pour son spectre ultra-plat entièrement confiné et son immunité aux limitations d'échelle de largeur d'énergie. Dans nos expériences, environ 99,6% de la puissance spectrale totale est confinée à moins de -6 dB de l'intensité de la longueur d'onde centrale du soliton. C'est très intéressant pour la génération de peignes de fréquence Kerr plats très efficaces, qui est un objectif récurrent et difficile.
Bien que nos expériences soient réalisées avec des cavités de fibres macroscopiques, le concept peut être facilement transporté vers des plates-formes intégrées. En utilisant des structures cristallines photoniques pour adapter la perte et la dispersion spectrales, il est possible de générer des micropeignes ultra-plates pour une large gamme d'applications telles que les communications, la télémétrie lidar, l'informatique optique, etc. prédisent les scientifiques.