תצפיות על תנודות סופר-בלוך עבור פולסים אופטיים בסריג זמני שנוצר באמצעות שתי לולאות סיבים מצמודות, המציגות קריסה עם משרעת תנודה נעלמת תחת חוזק נהיגה ספציפי. קרדיט: Xinyuan Hu (אוניברסיטת Huazhong למדע וטכנולוגיה
חוקרים משיגים התקדמות בתנודות תקופתיות ותחבורה עבור פולסים אופטיים, עם פוטנציאל לתקשורת אופטית ועיבוד אותות מהדור הבא.
חוקרים השיגו התקדמות משמעותית בפיזיקה של גלים על ידי עריכת ניסויים על תנודות סופר-בלוך (SBOs), המדגימות את הפוטנציאל למניפולציה של פולסים אופטיים. על ידי הפעלת שדות חשמליים DC וכמעט מנותקים, הם לא רק צפו בקריסת SBO בפעם הראשונה אלא גם הרחיבו את התנודות הללו למצבים שרירותיים של הנעת גלים, וסללו את הדרך לטכנולוגיות תקשורת אופטיות חדשניות.
פיסיקה של גלים ותנודות סופר-בלוך
שליטה קוהרנטית מלאה של הובלת גלים ולוקליזציה היא יעד מבוקש במחקר פיזיקת הגלים, המקיף תחומים רבים ושונים ממצב מוצק לפיזיקה של גל חומר ופוטוניקה. אחת מהשפעות התחבורה הקוהרנטיות החשובות והמרתקות ביותר היא תנודת בלוך (BO), המתייחסת לתנועת תנודה תקופתית של אלקטרונים במוצקים תחת שדה חשמלי המניע זרם ישר (DC). תנודות סופר-בלוך (SBOs) הן תנועות תנודות ענקיות המושגות על ידי הפעלת שדות חשמליים מונעי DC ו-AC בו-זמנית. נחשבים לגרסאות מוגברות של BOs, SBOs זוכים פחות תשומת לב מאשר BOs רגילים, בעיקר בגלל שהתצפיות הניסיוניות שלהם מאתגרות יותר ודורשות זמן קוהרנטיות חלקיקים ארוך בהרבה.
תכונה ייחודית אחת של SBOs היא קיומו של עיכוב תנודות קוהרנטי באמצעות אפקט רנורמליזציה מניע AC, המתבטא כלוקאליזציה של דפוס תנודה עם משרעת תנודה נעלמת. התופעה המעניינת הזו, שכונתה "התמוטטות" של SBO, מתרחשת בדרך כלל במשטר נהיגת AC חזק, שלא הושגה בניסויים קודמים של SBOs המבוססים על מערכות אלקטרוניות ואחרות. כל המחקרים התיאורטיים והניסיוניים הנוכחיים על SBOs הוגבלו למקרים הפשוטים ביותר של נהיגת AC סינוסואידית, כך שקריסת ה-SBO תחת פורמטים כלליים יותר של נהיגת AC, והיכולת לרתום SBOs למניפולציה גמישה של גלים קוהרנטיים, גם הם לא נחקרו.
תוצאות מדומות ומדודות של SBOs בסריגים טמפורליים פוטוניים. (א) ASBOs משרעת תנודה SBO כפונקציה של משרעת ה-AC-נהיגת Ew וביטול התדר ההפוך 1/d. (ב) MSBOs לתקופת תנודה SBO כפונקציה של ביטול התדר ההפוך 1/d. האיור המוכנס מציג MSBOs כפונקציה של d. (ג) שלב התנודה הראשוני של SBOs מול המומנטום ההתחלתי של Bloch k עבור Ew = 1.8, N = 1, j = p/2 ו-d = p/150. (ד)-(ג) התפתחות עוצמת הדופק מדודה עבור Ew = 1.8, 3, 3.8 ו-5.3 מתחת ל-d = p/150. (ח) אבולוציה נסיונית של עוצמת הדופק עבור Ew = 5.3 ו-d = p/90. קרדיט: Hu et al., doi 10.1117/1.AP.6.4.046001
ניסויים פורצי דרך על תנודות סופר-בלוך
במחקר שנערך לאחרונה, חוקרים מהמעבדה הלאומית לאופטו-אלקטרוניקה ובית הספר לפיזיקה של ווהאן, אוניברסיטת Huazhong למדע וטכנולוגיה (HUST) ומהאוניברסיטה הפוליטכנית של מילאנו יצאו להתמודד עם בעיות אלו. כפי שדווח ב פוטוניקה מתקדמת, על ידי שילוב של שני שדה חשמלי המניע DC וכמעט מנותק שדה חשמלי המניע AC בסריג הזמני הסינתטי, החוקרים השיגו בהצלחה SBOs עד למשטר ההנעה החזקה. בפעם הראשונה, הם ראו את אפקט קריסת ה-SBO והרחיבו את ה-SBOs למצבי נהיגה בגל שרירותי.
עם יכולת השליטה הגמישה מהתאמת שדות החשמל הסינתטיים של DC ו-AC, החוקרים צופים בתכונות של משרעת תנודה נעלמת והיפוך של כיוון התנודה הראשוני באמפליטודות נהיגה ספציפיות, מה שמציג את החתימות הברורות של קריסת SBO. עבור הנעת AC סינוסואידית, הם מראים שכאשר יחס המשרעת לתדר של שדה הנעת AC לוקח את השורש של פונקציית Bessel מסדר ראשון, קריסת SBO מתרחשת, המתבטאת כעיכוב מוחלט של תנודה עם היעלמות משרעת תנודה וכן היפוך של כיוון התנודה הראשוני על ידי חציית נקודת הקריסה.
סיכויי עתיד בתקשורת אופטית
תכונות התנופה המהירה האופייניות של SBOs וקריסת SBOs נותחו גם מספקטרום פורייה של דפוסי תנודה. על ידי הכללת SBOs מהנהיגה סינוסואידית לפורמט נהיגה של גל שרירותי, החוקרים צפו גם ב-SBOs המוכללים עם תנאי קריסה ניתנים לכוונון. לבסוף, הדו"ח מנצל את תכונת היפוך כיוון התנודה כדי לעצב נתבים ומפצלי אלומה זמניים הניתנים לכיוון.
לדברי המחבר המקביל סטפנו לונגהי, פרופסור במכון הפוליטכני של מילאנו, "עבודה זו מיישמת תנודות ותחבורה תקופתית עבור פולסים אופטיים, אשר עשויות למצוא גם יישומים רחבים בבקרת אלומה זמנית רב-תכליתית בניתוב אור, פיצול ולוקליזציה עבור הבא- יצירת תקשורת אופטית ועיבוד אותות".
