Bloch -oscillationer (BO) förutspåddes initialt för elektroner i ett fast galler när ett statiskt elektriskt fält appliceras. Forskare i Kina skapade ett syntetiskt frekvensgitter i en fiberslinga under detunerad fasmodulering och observerade direkt frekvensen BO i realtid. Frekvensspektrumet i telekommunikationsbandet kan flyttas så stort som hundratals GHz. Studien kan hitta tillämpningar inom frekvensmanipulationer i optiska fiberkommunikationssystem.

BO beskriver den periodiska rörelsen av elektroner i fasta ämnen som ett externt statiskt elektriskt fält appliceras på. Dock, det är utmanande att mäta BOs direkt i naturliga fasta ämnen eftersom elektronernas avslappningstid vanligtvis är mycket kortare än oscillationsperioden. Hittills, analogier av elektron BO har utökats till tidens syntetiska dimensioner, frekvens och vinkelmoment.

I tidigare studier har frekvensen BO har experimentellt demonstrerats i en olinjär fiber med tvärfasmodulering. Dock, frekvensspektrumet har erhållits endast vid fiberns utgång, och sålunda har utvecklingsprocessen för BOs mätts endast indirekt. Dessutom, frekvens BO har teoretiskt demonstrerats i mikroresonatorer under tidsmodulering. Med tanke på den ringa resonatorns kompakta struktur, den direkta observationen av BOs står fortfarande inför svårigheter att kompensera för effektminskningen vid insamling av signaler.

I en ny artikel publicerad i Ljusvetenskap och applikationer , ett team av forskare, ledd av professor Bing Wang från School of Physics och Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Kina, och medarbetare har direkt observerat frekvens-BO:erna i en modulerad fiberslinga med tidsavstämning. Spektrumet för den infallande optiska pulsen upplevde en periodisk rörelse i frekvensgitteret som bildades av fasmoduleringen. Tidsavstängningen gav en effektiv elektrisk fältkraft i gallret, som var associerad med den effektiva vektorpotentialen som varierar med spektrumutvecklingen. Dessutom, den övergående utvecklingen av spektrumet mättes i realtid med användning av den dispersiva Fouriertransformationstekniken (DFT). Baserat på frekvensdomänens BO:er, en maximal frekvensförskjutning upp till 82 GHz uppnåddes. Bandbredden för ingångspulsen breddades också upp till 312 GHz.

Studien erbjuder ett lovande tillvägagångssätt för att förverkliga BO i syntetiska dimensioner och kan hitta tillämpningar i frekvensmanipulationer i optiska fiberkommunikationssystem. Dessa forskare sammanfattar principen för arbetet:"Fasmoduleringen inducerar kopplingen mellan de intilliggande frekvenslägena som konstruerar ett galler i frekvensdimensionen. När den optiska pulsen förökar sig i fiberslinga, returtiden kan justeras med hjälp av en optisk fördröjningslinje. En liten avstämning kan införas mellan pulscirkulationstiden och moduleringsperioden, som fungerar som en effektiv elektrisk fältkraft i frekvensgitteret och därmed landar sålunda ger upphov till frekvens BO. Vi visar att vektorpotentialen också kan bidra till att generera den effektiva kraften, vilket varierar med förökningsavståndet. "

"För att realisera realtidsmätning av pulsspektrumet kopplat ut från slingan, ett spektroskop baserat på DFT är anslutet i slutet av fiber-loopkretsen. En lång dispersionskompenserande fiber utför en Fouriertransform, som kartlägger spektrumhöljet för den optiska pulsen till en tidsdomänvågform. Tack vare spridningen i fiber, realtidsmätning av frekvensspektrumet med en upplösning på ~ 9,8 GHz kan uppnås. "

"Vi implementerar förekomsten av både korta och breda pulser och observerar direkt oscillerande och andningssätt för frekvens BOs. När den korta pulsen förökar sig i fiberöglan, man ser att spektrumet av infallspulsen utvecklas längs en kosinoid bana, med hänvisning till frekvens BO. För en bred puls, spektrumet visar ett andningsmönster åtföljt av en självfokuserande effekt under evolutionen, "tillade de.

"Baserat på den nuvarande metoden, spektrummanipulationerna övervinner begränsningen av mikroelektronisk bandbredd. Denna studie kan hitta många tillämpningar inom högeffektiv frekvensomvandling och signalbehandling. Dessutom, till förmån för BO:er, vi verifierade att vektormätarpotentialen kan användas för att manipulera de optiska egenskaperna hos fotoner i syntetiskt frekvensgitter, vilket ger ett unikt sätt att styra ljus, särskilt inom området topologisk fotonik, "förutspår forskarna.