Пассивный нелинейный микрорезонатор встроен в активный резонатор волоконного лазера. Была продемонстрирована самозапускающаяся солитонная микрогребенка с низким уровнем шума, высокой эффективностью режима и высокой выходной мощностью. Интригующее явление, такое как солитонная колыбель Ньютона, впервые наблюдалось с помощью сверхбыстрой временной лупы. Авторы и права: Свет: наука и приложения (2022 г.). DOI: 10.1038/s41377-022-00986-3

Микрогребенки Керра представляют собой наборы эквидистантных спектральных линий, генерируемых накачкой высокодобротного микрорезонатора резонансным одномодовым лазером непрерывного действия. Возможно, они создали новую область нелинейной фотоники резонатора с сильным взаимообогащением теоретических, экспериментальных и технологических исследований.

Несмотря на большой успех микрогребней Керра, такие проблемы, как механизм самозапуска, низкий коэффициент полезного действия и низкая выходная мощность, не могут быть полностью решены с помощью обычных конструкций микрогребней Керра. С другой стороны, благодаря размещению пассивного нелинейного микрорезонатора в активном резонаторе волоконного лазера недавно продемонстрированная микрогребенка с солитоном лазерного резонатора (LCS) демонстрирует большой потенциал для решения проблем обычных микрогребенок Керра.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа ученых во главе с профессором Шу-Вей Хуаном из Университета Колорадо в Боулдере и его коллегами теоретически и экспериментально изучает генерацию диссипативных солитонов и динамику этого нового члена в реальном времени, чтобы семейство микрокомб.

«Мы привносим теоретическое понимание принципа синхронизации мод в этой новой микрогребенчатой ​​архитектуре LCS. Мы изучили зависимость свойств солитона от параметров микрорезонатора и предсказали существование чирпированного яркого диссипативного солитона с плоской спектральной формой, давно ожидаемого функция для оптической связи с высокой пропускной способностью, но недостижимая в традиционной микросотовой архитектуре», — говорят ученые.

«Основываясь на предложенных нами экспериментальных принципах, мы продемонстрировали самозапускающуюся микрогребенку LCS с низким уровнем шума, высокой эффективностью режима и высокой выходной мощностью. Выходная мощность LCS достигает 12 мВт с эффективностью режима до 90,7%, что соответствует улучшение на несколько порядков по сравнению с обычными микрогребенками Керра. Не менее важно, что мы достигли рекордно низкой основной ширины линии гребенки 32 МГц и частоты повторения фазового шума -137 дБн / Гц при частоте смещения 1 МГц », - пишут они.

В момент t1 солитон A приближается к солитонной молекуле, состоящей из солитонов B и C; в момент t2 солитон А упруго сталкивается с солитонной молекулой: солитон А обменивается энергией и импульсом с солитоном С через солитон В. После столкновения солитон А вместе с солитоном В образуют новую молекулу-солитон, а солитон С покидает новую молекулу-солитон с исходной скоростью солитона А. Предоставлено: Light: Science & Applications (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00986-3

«Более того, мы использовали лупу времени, чтобы «замедлить» сверхбыструю нелинейную динамику резонатора в 70 раз, чтобы можно было изучать формирование солитона и динамику взаимодействия с помощью современной оптоэлектроники», — добавили они.

«Исследование открывает новые возможности для компактных, высокоэффективных и самозапускающихся микрогребней для реальных приложений и подчеркивает важность увеличения времени для сверхбыстрой динамики в реальном времени», — заявили ученые.