Bloch-oscillaties (BO's) werden aanvankelijk voorspeld voor elektronen in een vast rooster als een statisch elektrisch veld wordt toegepast. Wetenschappers in China creëerden een synthetisch frequentierooster in een vezellus onder ontstemde fasemodulatie en observeerden de frequentie-BO's direct in realtime. Het frequentiespectrum in de telecommunicatieband kan tot honderden GHz worden verschoven. De studie kan toepassingen vinden in frequentiemanipulaties in communicatiesystemen met optische vezels.

BO's beschrijven de periodieke beweging van elektronen in vaste stoffen waarop een extern statisch elektrisch veld wordt toegepast. Echter, het is een uitdaging om de BO's rechtstreeks in natuurlijke vaste stoffen te meten, omdat de relaxatietijd van elektronen meestal veel korter is dan de oscillatieperiode. Daten, analogieën van elektronen BO's zijn uitgebreid tot de synthetische dimensies van tijd, frequentie en hoekmoment.

In eerdere onderzoeken is de frequentie BO's zijn experimenteel aangetoond in een niet-lineaire vezel met cross-phase modulatie. Echter, het frequentiespectrum is alleen verkregen aan de uitgang van de vezel, en dus is het evolutieproces van BO's slechts indirect gemeten. In aanvulling, frequentie BO's zijn theoretisch aangetoond in micro-resonatoren onder temporele modulatie. Gezien de compacte structuur van ringresonatoren, de directe waarneming van BO's ondervindt nog steeds moeilijkheden bij het compenseren van de vermogensvermindering bij het verzamelen van signalen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een team van wetenschappers, onder leiding van professor Bing Wang van de School of Physics en Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie, Wuhan, China, en collega's hebben de frequentie BO's direct waargenomen in een gemoduleerde vezellus met tijdontstemming. Het spectrum van de invallende optische puls onderging een periodieke beweging in het frequentierooster gevormd door de fasemodulatie. De tijdontstemming produceerde een effectieve elektrische veldkracht in het rooster, die werd geassocieerd met het effectieve vectorpotentieel dat varieerde met de spectrumevolutie. Aanvullend, de voorbijgaande evolutie van het spectrum werd in realtime gemeten met behulp van de dispersieve Fourier-transformatie (DFT) techniek. Op basis van de frequentiedomein BO's, een maximale frequentieverschuiving tot 82 GHz werd bereikt. Ook werd de bandbreedte van de ingangspuls vergroot tot 312 GHz.

De studie biedt een veelbelovende benadering voor het realiseren van BO's in synthetische dimensies en kan toepassingen vinden in frequentiemanipulaties in optische vezelcommunicatiesystemen. Deze wetenschappers vatten het principe van het werk samen:"De fasemodulatie induceert de koppeling tussen de aangrenzende frequentiemodi die een rooster in de frequentiedimensie construeert. Terwijl de optische puls zich voortplant in de vezellus, de retourtijd kan worden aangepast met behulp van een optische vertragingslijn. Tussen de pulscirculatietijd en de modulatieperiode kan een kleine tijdsafstemming worden ingevoerd, die dient als een effectieve elektrische veldkracht in het frequentierooster en dus land geeft dus aanleiding tot frequentie BO's. We laten zien dat de vectorpotentiaal ook kan bijdragen aan het genereren van de effectieve kracht, die varieert met de voortplantingsafstand."

"Om real-time meting van het pulsspectrum te realiseren dat uit de lus is gekoppeld, een spectroscoop op basis van de DFT is aangesloten op het einde van het vezelluscircuit. Een lange dispersie-compenserende vezel voert een Fourier-transformatie uit, die de spectrumomhullende van de optische puls in kaart brengt in een tijdsdomeingolfvorm. Dankzij de dispersie in vezels, real-time meting van het frequentiespectrum met een resolutie van ~9,8 GHz kan worden bereikt."

"We implementeren de incidentie van zowel korte als brede pulsen en observeren direct de oscillerende en ademhalingsmodi van frequentie BO's. Terwijl de korte puls zich voortplant in de vezellus, men ziet dat het spectrum van de invallende puls evolueert langs een cosinoïdaal traject, verwijzend naar frequentie BO's. Voor een brede pols, het spectrum vertoont een ademhalingspatroon vergezeld van een zelffocusserend effect tijdens de evolutie, " voegden ze eraan toe.

"Op basis van de huidige methode, de spectrummanipulaties overwinnen de micro-elektronische bandbreedtebeperking. Deze studie kan veel toepassingen vinden in hoogrenderende frequentieconversie en signaalverwerking. Aanvullend, ter ondersteuning van BO's, we hebben geverifieerd dat het vectorpotentiaal kan worden gebruikt om de optische eigenschappen van fotonen in een synthetisch frequentierooster te manipuleren, die een unieke manier biedt om licht te regelen, vooral op het gebied van topologische fotonica, ' voorspellen de wetenschappers.