Des dispositifs photoniques innovants grâce à la perte et au gain d'interaction
Les milieux photoniques alternativement à gain et pertes disposent d'un potentiel intéressant pour contrôler le rayonnement électromagnétique dans des nano et micro-lasers. Les scientifiques ont mis en place le projet NOLACOME(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Nonlinear optics and lasing in complex media) afin d'explorer en détail les sujets connexes importants. Stimulés par le potentiel des systèmes optiques en combinant la perte et le gain, les chercheurs ont examiné dans le détail la dispersion dans des cavités symétriques en parité et temps (PT, pour parity-time) décrites par les Hamiltoniens non hermitique. Les propriétés de dispersion de ces cavités sont cruciales pour comprendre les lasers PT et leur lien à leurs pairs inversés par le temps - les anti-lasers. L'équipe a exploré les points où la symétrie pénètre les cavités fermées et ouvertes. En général, les cavités optiques non hermitiques ont récemment attiré une grande attention puisqu'elles conduisent à une gamme de phénomènes extraordinaires, dont l'invisibilité unidirectionnelle. Il s'agit d'un remarquable exemple d'illusion optique – la réflexion de la lumière est nulle lorsqu'elle est mesurée à une extrémité à des points exceptionnels (rupture de symétrie), et de non nulle lorsqu'elle est mesurée à l'autre extrémité de la structure. Les matériaux combinant le moyen de perte et de gain peuvent agir comme supports invisibles unidirectionnels. Les chercheurs ont mis en lumière les propriétés particulières de ces amplificateurs de puissance qui ont un rôle clé dans l'atténuation des pertes sur les structures plasmoniques actives. Parvenir à une propagation de la lumière unidirectionnelle sans perte (sans réflexion) dans des guides d'ondes plasmoniques peut conduire à une nouvelle génération de dispositifs nanophotoniques intégrés très compacts. Cette première étude d'ondes d'intensité constante et leur instabilité en la présence de supports (aléatoires) avec le gain et la perte, les chercheurs ont montré qu'il n'y a aucune réflexion lors de la propagation. Ces ondes unidirectionnelles sont une généralisation des ondes planes se propageant dans un espace libre de moyens non hermitiques. Une autre facette de la recherche s'est concentrée sur l'étude des effets non-linéaires dans les systèmes photoniques ouverts avec le gain et la perte. L'équipe a réussi à décrire avec la dynamique du temps des lasers phonon à symétrie-PT non linéaires couplés en résolvant des équations d'émissions de laser non-linéaires. En examinant les états oscillatoires, l'équipe a enrichi ses connaissances sur l'effet de la saturation non-linéaire quant à l'interruption de la symétrie. Les résultats ont démontré l'existence d'une nouvelle transition de phase à partir de l'état de bruit très thermique à un état d'émission de laser à faible amplitude. Les résultats de NOLACOME offrent la possibilité de développer des appareils optiques synthétiques et des structures avec une meilleure fonctionnalité.
