Topologische fotonica is een snel evoluerend onderzoeksgebied dat zich richt op het ontwerp van fotonische roosters waarbij het gedrag van licht is geïnspireerd op de fysica van topologische isolatoren. Terwijl de meeste studies op dit gebied fotonische systemen met lineaire topologische eigenschappen presenteerden, zijn recente werken begonnen met het leggen van de fundamenten van niet-lineaire topologische fotonica.

Onderzoekers van de Université Paris-Saclay CNRS hebben onlangs de niet-lineaire respons gerapporteerd van een topologisch rooster dat een gedreven-dissipatieve versie van het Su-Schrieffer-Heeger-model implementeert; een gerenommeerd elementair topologisch raamwerk dat deeltjes die op een 1D-rooster springen beschrijft. De bevindingen verzameld door het team van Université Paris-Saclay CNRS, gepubliceerd in Nature Physics , laten zien dat coherent rijden in topologische roosters kan worden benut, waardoor natuurkundigen nieuwe niet-lineaire fasen kunnen stabiliseren.

"In 2017 demonstreerde onze groep de eerste topologische laser met behulp van een 1D-raster van halfgeleiderresonator dat erg lijkt op het rooster dat in onze recente studie werd gebruikt," vertelde Sylvain Ravets en Jacqueline Bloch, twee van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerden, aan Phys.org . "In dit vroege werk gebruikten we echter de lineaire topologische eigenschappen van het systeem."

De recente studie van Ravets, Bloch en hun collega's bouwt voort op hun eerdere onderzoeksinspanningen, met als doel hun onderzoek uit te breiden tot niet-lineaire topologische fysica, die tot nu toe voornamelijk is onderzocht in de context van conservatieve systemen. In hun experimenten gebruikten de onderzoekers een platform met een significante optische niet-lineariteit, die onderhevig is aan continue drive en dissipatie.

"We gebruikten nanotechnologieën om een ​​1D-raster van gekoppelde niet-lineaire resonatoren te fabriceren," legden Ravets en Bloch uit. "Elke resonator bestaat uit een optische holte die een actief medium bevat (een halfgeleider-kwantumbron), die voor de niet-lineariteit zorgt. De koppeling tussen aangrenzende holtes is verspringend om het eenvoudigste topologische model te implementeren, bekend als het Su Schrieffer Heger-model. "

Om een ​​niet-lineaire respons in hun 1D-rooster te veroorzaken, schenen Ravets, Bloch en hun collega's een of twee laserstralen op specifieke delen van het rooster. Vervolgens controleerden ze de uitgezonden intensiteit als functie van het ingevoerde laservermogen.

"Een bijzonder relevante knop die we in ons experiment hebben gebruikt, is de relatieve fase tussen de excitatiestralen, wat een nieuw controleniveau biedt waar tot nu toe niet aan was gedacht", aldus Ravets en Bloch.

De experimenten van de onderzoekers leverden nieuwe en interessante resultaten op. In het bijzonder ontdekte het team de vorming van nieuwe gap soliton-families, die worden gestabiliseerd door de resonante excitatie. Deze gap solitons bestaan ​​niet in conservatieve systemen, zoals gekoppelde golfgeleiders die werken in propagatieve geometrieën.

"Deze solitonen hebben hetzelfde profiel als een topologische randtoestand en veroorzaken in feite het verschijnen van een topologische randtoestand voor excitaties bovenop de niet-lineaire stabiele toestand. We noemen dit vermogen om het systeem te besturen door de engineering van de laserexcitatie schema 'drive engineering'", aldus Ravets en Bloch.

De recente studie van Ravets, Bloch en hun collega's benadrukt de mogelijkheid om coherent rijden te benutten om niet-lineaire fasen in topologische fotonische systemen te stabiliseren. In de toekomst kunnen de experimentele methoden die in hun paper worden beschreven, worden gebruikt om de topologie van 1D-fotonische systemen te controleren en kunnen ze ook worden uitgebreid naar 2D-systemen.

"In onze volgende studie zijn we van plan deze ideeën uit te breiden naar fotonische topologische isolatoren in 2D-roosters, waarbij ons doel zal zijn om het vermogen aan te tonen om de topologie van een niet-lineair fotonisch rooster optisch te regelen door middel van de engineering van de aandrijving en dissipatie." Ravets en Bloch toegevoegd. + Verder verkennen

De experimentele demonstratie van topologische dissipatie in fotonische resonatoren

© 2022 Science X Network