Immagine al microscopio elettronico a scansione che mostra una catena di cavità di semiconduttori. La distanza tra le cavità è modulata, che dà luogo a due diversi valori dell'accoppiamento J e J' tra cavità adiacenti (rappresentate schematicamente da doppie frecce bianche). Questa modulazione dell'accoppiamento fornisce al reticolo proprietà topologiche. Due cavità del reticolo sono eccitate da due laser di ampiezza F, frequenza angolare e che presentano una differenza di fase. Credito:C2N/CNRS.
La fotonica topologica è un'area di ricerca in rapida evoluzione che si concentra sulla progettazione di reticoli fotonici in cui il comportamento della luce è ispirato dalla fisica degli isolanti topologici. Mentre la maggior parte degli studi in quest'area ha presentato sistemi fotonici con proprietà topologiche lineari, lavori recenti hanno iniziato a gettare le basi della fotonica topologica non lineare.
I ricercatori dell'Université Paris-Saclay CNRS hanno recentemente riportato la risposta non lineare di un reticolo topologico che implementa una versione dissipativa guidata del modello Su-Schrieffer-Heeger; una rinomata struttura topologica elementare che descrive le particelle che saltano su un reticolo 1D. I risultati raccolti dal team dell'Université Paris-Saclay CNRS, pubblicati su Nature Physics , mostrano che è possibile sfruttare la guida coerente nei reticoli topologici, consentendo ai fisici di stabilizzare nuove fasi non lineari.
"Nel 2017, il nostro gruppo ha dimostrato il primo laser topologico che utilizza un reticolo 1D di risonatore a semiconduttore molto simile a quello utilizzato nel nostro recente studio", hanno detto a Phys.org Sylvain Ravets e Jacqueline Bloch, due dei ricercatori che hanno condotto lo studio . "In questo primo lavoro, tuttavia, stavamo utilizzando le proprietà topologiche lineari del sistema."
Il recente studio di Ravets, Bloch e dei loro colleghi si basa sui loro sforzi di ricerca passati, con l'obiettivo di estendere la loro indagine alla fisica topologica non lineare, che finora è stata esplorata principalmente nel contesto dei sistemi conservativi. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato una piattaforma con una non linearità ottica significativa, che è soggetta a trasmissione e dissipazione continue.
"Abbiamo utilizzato le nanotecnologie per fabbricare un reticolo 1D di risonatori non lineari accoppiati", hanno spiegato Ravets e Bloch. "Ogni risonatore è costituito da una cavità ottica contenente un mezzo attivo (un pozzo quantico semiconduttore), che fornisce la non linearità. L'accoppiamento tra cavità vicine è sfalsato per implementare il modello topologico più semplice, noto come modello Su Schrieffer Heger."
L'illustrazione della nuova famiglia di solitoni di gap dissipativo scoperta dai ricercatori per il profilo di intensità misurato di tale solitone è mostrata nella parte superiore della figura. L'intensità è molto forte su un singolo sito, portando così al detuning spettrale di questo sito rispetto al resto della catena. La catena è quindi effettivamente spezzata e nello spettro di eccitazione appare uno stato di spigolo, come mostrato nella parte inferiore della figura. Credito:C2N/CNRS.
Per attivare una risposta non lineare nel loro reticolo 1D, Ravets, Bloch e i loro colleghi hanno puntato uno o due raggi laser su parti specifiche del reticolo. Successivamente, hanno monitorato l'intensità trasmessa in funzione della potenza del laser in ingresso.
"Una manopola particolarmente rilevante che abbiamo utilizzato nel nostro esperimento è la fase relativa tra i fasci di eccitazione, che fornisce un nuovo livello di controllo che non era stato considerato finora", hanno affermato Ravets e Bloch.
Gli esperimenti condotti dai ricercatori hanno prodotto risultati nuovi e interessanti. In particolare, il team ha scoperto la formazione di nuove famiglie di solitoni di gap, che sono stabilizzate dall'eccitazione risonante. Questi solitoni di gap non esistono nei sistemi conservativi, come le guide d'onda accoppiate che operano in geometrie propagative.
"Questi solitoni hanno lo stesso profilo di uno stato limite topologico e in realtà inducono la comparsa di uno stato limite topologico per le eccitazioni sopra lo stato stazionario non lineare. Ci piace chiamare questa capacità di controllare il sistema attraverso l'ingegneria dell'eccitazione laser schema 'drive engineering'", hanno affermato Ravets e Bloch.
Il recente studio di Ravets, Bloch e dei loro colleghi evidenzia la possibilità di sfruttare la guida coerente per stabilizzare le fasi non lineari nei sistemi fotonici topologici. In futuro, i metodi sperimentali delineati nel loro articolo potrebbero essere utilizzati per controllare la topologia dei sistemi fotonici 1D e potrebbero anche essere estesi ai sistemi 2D.
"Nel nostro prossimo studio, prevediamo di estendere queste idee agli isolanti topologici fotonici in reticoli 2D, dove il nostro obiettivo sarà dimostrare la capacità di controllare otticamente la topologia di un reticolo fotonico non lineare attraverso l'ingegneria dell'azionamento e della dissipazione", Ravets e Bloch aggiunti. + Esplora ulteriormente
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