Generazione automatica di solitoni mediante effetti termo-ottici negativi.

Il pettine ottico di frequenza, introdotto da Hänsch et al. nel 1999, si è diffuso come "misura della luce" con uno spettro a forma di pettine che consente di misurare con precisione la frequenza ottica. Questa tecnologia è stata premiata con il Premio Nobel per la Fisica nel 2005 e nel 2009 è stata adottata come standard nazionale per la lunghezza in Giappone. Negli ultimi anni è stata attiva la ricerca sui carcom ottici, in cui il generatore (risonatore) del pettine di frequenza ottica è miniaturizzato su scala micro e a risparmio energetico. Lo stato più stabile di un autocombinato ottico è chiamato solitone ottico e le ricerche precedenti hanno dimostrato che questo stato può essere ottenuto modificando opportunamente la lunghezza d'onda della luce in ingresso rispetto alla lunghezza d'onda di risonanza. Tuttavia, nonostante il fatto che la lunghezza d'onda di risonanza sia influenzata dal calore generato dall'assorbimento e da altri fattori durante l'effettiva generazione del Kercomb ottico (effetto termo-ottico), ci sono stati pochi studi che hanno considerato l'effetto del calore.

In questo studio è stato sviluppato un nuovo modello computazionale per tenere conto degli effetti termici e, in particolare, è stato dimostrato a livello computazionale un metodo per generare solitoni ottici utilizzando effetti termo-ottici negativi, che non erano stati considerati in precedenza.

La Fig. 2(a) mostra un CaF₂I risultati dei calcoli sono mostrati quando si utilizza un risonatore come modello. La Fig. 2(a) mostra che l'intensità luminosa aumenta rapidamente dopo un ingresso di luce a 0 ms, per poi diminuire e passare a uno stato stabile. La Fig. 2(b,c) mostra la forma d'onda temporale e lo spettro ottico della luce nel risonatore in questo stato stabile finale. Questo risultato mostra che nel risonatore vengono generati impulsi ripidi (solitoni ottici) e che lo spettro ha una forma a pettine pulita. Il meccanismo è illustrato nella Fig. 2(d). Innanzitutto, quando viene immessa una lunghezza d'onda vicina a quella di risonanza, la luce viene confinata all'interno del risonatore e la sua intensità aumenta rapidamente. Questo fa sì che la lunghezza d'onda di risonanza si sposti verso il lato più lungo della lunghezza d'onda a causa dell'effetto ottico Kerr. A questo punto si genera calore a causa dell'assorbimento della luce e la lunghezza d'onda di risonanza si sposta verso il lato della lunghezza d'onda corta a causa dell'effetto termo-ottico negativo. Questa variazione della lunghezza d'onda di risonanza dovuta all'effetto termo-ottico è praticamente equivalente alla variazione della lunghezza d'onda di ingresso verso il lato più lungo, un metodo noto per la generazione di solitoni e il principio alla base della generazione di solitoni.

Questo risultato dimostra che i solitoni possono essere generati automaticamente senza cambiare la lunghezza d'onda di ingresso della sorgente luminosa, come si fa convenzionalmente, e si prevede che sarà uno dei modi più semplici e pratici per generare carcomi ottici.