Dannelsen av gap solitoner i et 1D dissipativt topologisk gitter

Topologisk fotonikk er et forskningsområde i rask utvikling som fokuserer på design av fotoniske gitter der lysets oppførsel er inspirert fra fysikken til topologiske isolatorer. Mens de fleste studier på dette området presenterte fotoniske systemer med lineære topologiske egenskaper, har nyere arbeider begynt å legge grunnlaget for ikke-lineær topologisk fotonikk.

Forskere ved Université Paris-Saclay CNRS har nylig rapportert den ikke-lineære responsen til en topologisk gitter implementere en drevet-dissipativ versjon av Su-Schrieffer-Heeger-modellen; et kjent elementært topologisk rammeverk som beskriver partikler som hopper på et 1D-gitter. Funnene samlet av teamet ved Université Paris-Saclay CNRS, publisert i Naturfysikkviser at koherent kjøring i topologiske gitter kan utnyttes, slik at fysikere kan stabilisere nye ikke-lineære faser.

“I 2017, vår gruppe demonstrerte den første topologiske laseren ved bruk av et 1D-gitter av halvlederresonator veldig lik den som ble brukt i vår nylige studie,” fortalte Sylvain Ravets og Jacqueline Bloch, to av forskerne som utførte studien, til Phys.org. “I dette tidlige arbeidet brukte vi imidlertid de lineære topologiske egenskapene til system.”

Den nylige studien av Ravets, Bloch og deres kolleger bygger på deres tidligere forskningsinnsats, med sikte på å utvide deres undersøkelse til ikke-lineær topologisk fysikk, som så langt hovedsakelig har blitt utforsket i sammenheng med konservative systemer. I sine eksperimenter brukte forskerne en plattform med en betydelig optisk ikke-linearitet, som er utsatt for kontinuerlig drift og spredning.

“Vi brukte nanoteknologi for å lage et 1D-gitter av koblede ikke-lineære resonatorer,” forklarte Ravets og Bloch. “Hver resonator består av et optisk hulrom som inneholder et aktivt medium (en halvlederkvantebrønn), som gir ikke-lineariteten. Koblingen mellom nabohulrom er forskjøvet for å implementere den enkleste topologiske modellen, kjent som Su Schrieffer Heger-modellen.”

For å utløse en ikke-lineær respons i deres 1D-gitter, skinte Ravets, Bloch og deres kolleger en eller to laserstråler på bestemte deler av gitteret. Deretter overvåket de den overførte intensiteten som en funksjon av inngående lasereffekt.

“En spesielt relevant knott som vi brukte i eksperimentet vårt er den relative fasen mellom eksitasjonsstrålene, som gir et nytt nivå av kontroll som ikke har blitt vurdert så langt,” sa Ravets og Bloch.

Forsøkene utført av forskerne ga nye og interessante resultater. Spesielt avdekket teamet dannelsen av nye gap soliton-familier, som stabiliseres av resonanseksitasjonen. Disse gap-solitonene eksisterer ikke i konservative systemer, for eksempel koblede bølgeledere som opererer i forplantningsgeometrier.

“Disse solitonene har samme profil som en topologisk kanttilstand, og induserer faktisk utseendet til en topologisk kanttilstand for eksitasjoner på toppen av den ikke-lineære steady state. Vi liker å kalle denne evnen til å kontrollere systemet gjennom konstruksjonen av lasereksitasjonen ordningen “drivteknikk,” sa Ravets og Bloch.

Den nylige studien av Ravets, Bloch og deres kolleger fremhever muligheten for å utnytte koherent kjøring for å stabilisere ikke-lineære faser i topologiske fotoniske systemer. I fremtiden kan de eksperimentelle metodene som er skissert i papiret deres brukes til å kontrollere topologien til 1D-fotoniske systemer og kan også utvides til 2D-systemer.

“I vår neste studie planlegger vi å utvide disse ideene til fotoniske topologiske isolatorer i 2D-gitter, hvor målet vårt vil være å demonstrere evnen til å optisk kontrollere topologien til et ikke-lineært fotonisk gitter gjennom engineering av drivverket og spredning,” Ravets og Bloch lagt til.

---

---

© 2022 Science X Network