Periodiska ljuspulser som bildar en kam i frekvensdomänen används ofta för avkänning och avstånd. Nyckeln till miniatyriseringen av denna teknik mot chipintegrerade lösningar är genereringen av dissipativa solitoner i ringformade mikroresonatorer. Dissipativa solitoner är stabila pulser som cirkulerar runt omkretsen av en olinjär resonator.

Sedan deras första demonstration, processen för dissipativ solitonbildning har studerats i stor utsträckning och idag betraktas den som lärobokskunskap. Flera riktningar för vidare utveckling undersöks aktivt av olika forskargrupper världen över. En av dessa riktningar är genereringen av solitoner i kopplade resonatorer. Den kollektiva effekten av många resonatorer lovar bättre prestanda och kontroll över frekvenskammarna, utnyttja en annan (rumslig) dimension.

Men hur förändrar kopplingen av ytterligare resonatorer solitongenereringsprocessen? Identiska oscillatorer av något slag som påverkar varandra kan inte längre betraktas som en uppsättning distinkta element. På grund av hybridiseringsfenomenet, exciteringen av ett sådant system påverkar alla dess element, och systemet måste behandlas som en helhet. Det enklaste fallet när hybridiseringen äger rum är två kopplade oscillatorer eller, i molekylär terminologi, en dimer. Förutom kopplade pendlar och atomer som bildar en molekyl, lägen för kopplade optiska mikroresonatorer upplever hybridisering men, till skillnad från andra system, antalet inblandade lägen är stort (vanligtvis från tiotals till hundratals). Därför, solitoner i en fotonisk dimer genereras i hybridiserade moder som involverar båda resonatorerna, vilket ger ytterligare en grad av kontroll om man har tillgång till hybridiseringsparametrar.

I en tidning publicerad i Naturfysik , forskare från Tobias J. Kippenbergs laboratorium vid EPFL, och IBM Research Europe under ledning av Paul Seidler demonstrerade generationen av dissipativa solitoner och, därför, koherenta frekvenskammar i en fotonisk molekyl gjord av två mikroresonatorer. Genereringen av en soliton i dimeren innebär två mot-propagerande solitoner i båda resonatorringarna. Det underliggande elektriska fältet bakom varje läge av dimeren liknar två växlar som vrids i motsatta riktningar, därför kallas solitoner i den fotoniska dimeren Gear Solitons. Märkning av värmare på båda resonatorerna, och därigenom kontrollera hybridiseringen, författare demonstrerade realtidsinställningen av den solitonbaserade frekvenskammen.

Även det enkla dimerarrangemanget, förutom den hybridiserade (växel) solitongenerationen, har visat på en mängd framväxande fenomen, dvs fenomen som inte finns på enpartikelnivå (resonator). Till exempel, forskare förutspådde effekten av solitonhoppning:periodiskt energiutbyte mellan resonatorerna som bildar dimeren samtidigt som det solitoniska tillståndet bibehålls. Detta fenomen är resultatet av samtidig generering av solitoner i båda hybridiserade modfamiljer vars interaktion leder till energioscillation. Soliton hoppar, till exempel, kan användas för generering av konfigurerbara kammar i radiofrekvensdomänen.

"Fysiken för solitongenerering i en enda resonator är relativt väl förstådd idag, " säger Alexey Tikan, en forskare vid Laboratory of Photonics and Quantum Measurements, EPFL. "Fältet undersöker andra riktningar för utveckling och förbättring. Kopplade resonatorer är ett av få sådana perspektiv. Detta tillvägagångssätt kommer att möjliggöra användning av koncept från angränsande fysikområden. Till exempel, man kan bilda en topologisk isolator (känd inom fasta tillståndets fysik) genom att koppla resonatorer i ett gitter, vilket kommer att leda till generering av robusta frekvenskammar som är immuna mot gitterets defekter, och samtidigt dra nytta av den förbättrade effektiviteten och ytterligare kontroller. Vårt arbete tar ett steg mot dessa fascinerande idéer."