توليد سوليتون تلقائي باستخدام التأثير الحراري البصري السلبي

أصبح مشط التردد البصري الذي أعلن عنه هانش وآخرون في عام 1999 يستخدم على نطاق واسع باعتباره "مقياسًا للضوء" له طيف على شكل مشط ويتيح قياسات تردد بصري دقيقة. فازت هذه التقنية بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2005، وتم اعتمادها كمعيار وطني للطول في اليابان عام 2009. في السنوات الأخيرة، تم إجراء الأبحاث بنشاط على "أمشاط السيارات الضوئية"، وهي عبارة عن مولدات أمشاط تردد بصري مصغرة (رنانات) إلى المقياس المجهري وتوفر الطاقة. تسمى الحالة الأكثر استقرارًا لمشط السيارة الضوئية بالسليتون البصري، وقد أظهرت الأبحاث السابقة أنه يمكن الحصول على هذه الحالة عن طريق تغيير الطول الموجي للضوء المدخل بشكل مناسب بالنسبة لطول موجة الرنين. ومع ذلك، عند توليد مشط سيارة بصري، يتغير الطول الموجي الرنيني بسبب تأثير الحرارة الناتجة عن الامتصاص وما إلى ذلك (التأثير الحراري البصري)، ولكن لم يكن هناك أي بحث تقريبًا يأخذ تأثير الحرارة في الاعتبار.

ولذلك قمنا في هذه الدراسة ببناء نموذج حسابي جديد يأخذ في الاعتبار تأثيرات الحرارة، وعلى وجه الخصوص، أظهرنا من خلال الحسابات طريقة لتوليد السوليتونات الضوئية التي تستفيد من التأثيرات الحرارية الضوئية السلبية، والتي لم يتم أخذها في الاعتبار حتى الآن.

يوضح الشكل 2 (أ) CaF ذو التأثير الحراري البصري السلبي.₂لقد أظهرنا نتائج الحساب عند استخدام الرنان كنموذج. يمثل هذا التغير الزمني في شدة الضوء داخل التجويف (الخط الأزرق) عندما يكون الطول الموجي للإدخال ثابتًا (الخط الأسود). بالنظر إلى الشكل 2 (أ)، يمكنك أن ترى أن شدة الضوء تزداد بسرعة بعد إدخال الضوء عند 0 مللي ثانية، ثم تتناقص وتنتقل إلى حالة مستقرة. يوضح الشكل 2 (ب، ج) الشكل الموجي الزمني والطيف البصري للضوء داخل التجويف في هذه الحالة المستقرة النهائية. تؤكد هذه النتيجة أنه يتم إنشاء نبضات شديدة الانحدار (منعزلة بصرية) داخل الرنان، وأن الطيف له أيضًا شكل مشط نظيف. تظهر هذه الآلية في الشكل 2 (د). أولاً، عندما يتم إدخال طول موجي قريب من طول موجة الرنين، فإن الضوء يكون محصوراً داخل المرنان وتزداد شدته بسرعة. ونتيجة لذلك، يتحول طول موجة الرنين إلى أطوال موجية أطول بسبب تأثير كير البصري. يتم بعد ذلك توليد الحرارة بسبب امتصاص الضوء، وما إلى ذلك، ويتحول الطول الموجي الرنيني إلى أطوال موجية أقصر بسبب التأثير الحراري البصري السلبي. هذا التغيير في طول موجة الرنين بسبب التأثير الحراري البصري يعادل بشكل أساسي تغيير الطول الموجي المدخل إلى أطوال موجية أطول، وهي طريقة معروفة لتوليد السوليتونات، وهو المبدأ الذي يتم من خلاله إنشاء السوليتونات.

توضح هذه النتيجة أنه من الممكن توليد سليتونات تلقائيًا دون تغيير الطول الموجي المدخل لمصدر الضوء كما هو الحال في الطرق التقليدية، ومن المتوقع أن تكون إحدى طرق الجيل الأبسط والأكثر عملية لأمشاط السيارة الضوئية.