Compétition de gain entre le peigne optique de Kerr et la diffusion Raman induite dans les microcavités de silice.

Le mélange à quatre ondes et la diffusion Raman induite sont un type d'effet optique non linéaire du troisième ordre et sont souvent observés dans les micro-résonateurs optiques, où la densité de lumière par unité de volume augmente. Ils peuvent être considérés comme des "processus qui génèrent de la lumière à de nouvelles longueurs d'onde" dans des conditions qui satisfont à la loi de conservation de l'énergie. La diffusion Raman induite est un phénomène dans lequel de nouvelles longueurs d'onde de la lumière sont générées par la résonance (diffusion) entre la lumière de pompage et les vibrations moléculaires intrinsèques d'un matériau. Le verre de silice, matériau du résonateur utilisé dans cette étude, est connu pour avoir un gain Raman sur une très large bande de longueur d'onde, ce qui signifie que de la lumière de différentes longueurs d'onde peut être générée. D'autre part, le mélange à quatre ondes est un phénomène dans lequel deux nouveaux photons de longueurs d'onde différentes sont générés lorsqu'une lumière de pompe d'une seule longueur d'onde est entrée. La lumière ainsi générée présente une bonne monochromaticité et une bonne directionnalité et devrait donc être appliquée comme source lumineuse à peigne de fréquence optique fonctionnant à l'échelle d'une puce.

Dans cette étude, la concurrence de gain entre le mélange à quatre ondes et la diffusion Raman induite qui se produit dans les micro-résonateurs optiques en silice a été prédite théoriquement et observée expérimentalement. Comme mentionné précédemment, le mélange à quatre ondes et la diffusion Raman induite sont des phénomènes physiques complètement différents, mais comme ils proviennent tous deux de la même lumière de pompage, la question demeure de savoir quelle est la source dominante et préférentielle. La clé de la solution réside dans l'analyse du "gain". En comparant la facilité de génération du mélange à quatre ondes et de la diffusion Raman induite (= gain) à l'aide d'une analyse théorique, nous avons découvert qu'il existe des conditions dans lesquelles le mélange à quatre ondes et la diffusion Raman induite peuvent être obtenus de manière sélective.
Les figures ci-dessous montrent les résultats expérimentaux des changements d'état dynamiques en 1-FSR (mode à côté de la pompe), la diffusion Raman induite et 2-FSR (mode à côté de la pompe) en ajustant finement la longueur d'onde du laser. Les résultats sont en bon accord avec les résultats de simulation et révèlent un mécanisme qui a été observé mais pas profondément compris. Ces résultats devraient fournir des connaissances importantes pour les futures applications du Kercomb optique et des lasers Raman.