I microrisonatori ottici convertono la luce laser in impulsi ultracorti che viaggiano lungo la circonferenza del risonatore. Questi impulsi, chiamati "solini dissipativi di Kerr, " possono propagarsi nel microrisonatore mantenendo la loro forma.

Quando i solitoni escono dal microrisonatore, la luce di uscita assume la forma di un treno di impulsi, una serie di impulsi ripetuti a intervalli fissi. In questo caso, la frequenza di ripetizione degli impulsi è determinata dalla dimensione del microrisonatore. Le dimensioni più piccole consentono treni di impulsi con velocità di ripetizione elevate, raggiungendo centinaia di gigahertz di frequenza. Questi possono essere utilizzati per aumentare le prestazioni dei collegamenti di comunicazione ottica o diventare una tecnologia di base per LiDAR ultraveloci con precisione inferiore al micron.

Per quanto emozionante sia, questa tecnologia soffre di quelle che gli scienziati chiamano "perdite dovute alla flessione della luce", ovvero la perdita di luce causata dalle pieghe strutturali sul suo percorso. Un problema ben noto nelle fibre ottiche, la perdita di flessione della luce significa anche che la dimensione dei microrisonatori non può scendere al di sotto di poche decine di micron. Ciò limita quindi le velocità di ripetizione massime che possiamo raggiungere per gli impulsi.

Pubblicazione in Fisica della natura , i ricercatori del laboratorio di Tobias J. Kippenberg all'EPFL hanno ora trovato un modo per aggirare questa limitazione e disaccoppiare la frequenza di ripetizione degli impulsi dalla dimensione del microrisonatore generando più solitoni in un singolo microrisonatore.

Gli scienziati hanno scoperto un modo per seminare il microrisonatore con il numero massimo possibile di solitoni di Kerr dissipativi con una distanza esattamente uguale tra loro. Questa nuova formazione di luce può essere pensata come un analogo ottico delle catene atomiche nei solidi cristallini, e così i ricercatori li hanno chiamati "cristalli di solitoni perfetti" (PSC).

A causa del miglioramento interferometrico e dell'elevato numero di impulsi ottici, I PSC moltiplicano coerentemente le prestazioni del treno di impulsi risultante, non solo il suo tasso di ripetizione, ma anche il suo potere.

I ricercatori hanno anche studiato la dinamica delle formazioni di PSC. Nonostante la loro struttura altamente organizzata, sembrano essere strettamente legati al caos ottico, un fenomeno causato da instabilità della luce nei microrisonatori ottici, che è comune anche per i sistemi laser a fibra e basati su semiconduttori.

"I nostri risultati consentono la generazione di treni di impulsi ottici con tassi di ripetizione ultra alti con diversi terahertz, utilizzando microrisonatori regolari, " afferma il ricercatore Maxim Karpov. "Questi possono essere utilizzati per molteplici applicazioni in spettroscopia, misurazioni della distanza, e come fonte di radiazioni terahertz a basso rumore con un'impronta delle dimensioni di un chip".

Nel frattempo, la nuova comprensione della dinamica solitonica nei microrisonatori ottici e il comportamento dei PSC apre nuove strade alla fisica fondamentale degli insiemi solitonici nei sistemi non lineari.