Lorsque les volcans entrent en éruption, on peut observer les coulées de lave liquide se refroidir et se solidifier en formations rocheuses au pied des volcans. Le même processus physique – un liquide qui se transforme en phase solide lors du refroidissement – peut être observé lorsque les lacs gèlent pendant les hivers froids. Ces changements de phase s’accompagnent toujours de modifications des propriétés physiques du matériau, par exemple la densité ou l’indice de réfraction qui régissent la façon dont le son et la lumière se déplacent à travers lui. Ce processus physique fondamental est également utilisé lors de la fusion des préformes de verre pour desserrer leur structure tout en étirant la fibre optique. Ces fibres guident ensuite la lumière à travers leur cœur, permettant la transmission d’informations via la lumière sur de longues distances très rapidement, c’est pourquoi elles sont largement utilisées pour les applications de télécommunication. Pour des applications plus spécialisées, comme les lasers à fibre, les endoscopes à fibre ou les capteurs à fibre, d’autres types de fibres optiques ont été développés. Les fibres à cœur creux, par exemple, peuvent être remplies de différents gaz ou liquides et mesurer des distributions de température, ou agir comme des laboratoires de chimie microscopiques.
Dans le cadre d’une collaboration, des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) à Erlangen, de l’Université Leibniz de Hanovre (LUH) et de l’Institut Leibniz pour les technologies photoniques (IPHT) à Iéna ont développé un nouveau type de fibre optique en gelant ces fibres optiques à cœur liquide (LiCOF) dans de l’azote à -196 °C, entraînant un changement de phase dans le cœur de la fibre, passant de liquide à solide. « Le point clé est que la section gelée du LiCOF conserve sa capacité à guider la lumière. Non seulement cela, mais la section liquide et la section gelée de la fibre guident également les ondes sonores hypersoniques », explique Simon Seiderer, l’un des trois auteurs principaux de l’article et chercheur dans le groupe de recherche « Optoacoustique quantique » du Prof. Dr. Birgit Stiller, qui dirige le projet.
Les chercheurs utilisent le couplage extrêmement efficace entre la lumière et le son dans leur nouvelle fibre, un effet connu sous le nom de diffusion Brillouin-Mandelstam.
L’effet est déjà bien connu dans les fibres optiques traditionnelles, mais avec la transition de phase vers le LiCOF gelé, les chercheurs créent un environnement extrême, hautement confiné et dense. Ici, le couplage optoacoustique devient plus de 1000 fois plus fort que dans les fibres optiques standard. En exploitant ce couplage efficace, les chercheurs ont démontré une mémoire optoacoustique. Ce bloc fondamental pour le calcul neuromorphique photonique dans les fibres fonctionne en utilisant les différences drastiques de vitesse entre les ondes lumineuses et sonores.
L’information est transférée de l’onde lumineuse rapide aux ondes sonores beaucoup plus lentes, puis reconvertie en lumière. Le couplage optoacoustique efficace dans le LiCOF gelé ouvre de nouvelles voies pour réduire considérablement la consommation d’énergie des architectures de calcul photonique.
Le projet a été rendu possible grâce à la coopération établie avec le Prof. Markus Schmidt et le Prof. Mario Chemnitz de l’IPHT Iéna, qui ont été les pionniers de la recherche sur les fibres optiques à cœur liquide. Avec cette étape supplémentaire de congélation du cœur des LiCOF, des non-linéarités plus élevées sont devenues possibles. « En gelant le cœur liquide, nous avons créé une plateforme physique entièrement nouvelle qui offre des non-linéarités extrêmes tout en étant facile à manipuler », affirme Stiller. « Bien que la démonstration d’une mémoire optoacoustique très efficace soit une première étape fantastique, ce niveau de couplage lumière-son ouvre non seulement des possibilités passionnantes pour le calcul neuromorphique, mais aussi pour le traitement de l’information quantique, la photonique micro-ondes et la détection de haute précision. »
Article : Giant Brillouin gain in frozen CS2 capillaries – Journal : Optica – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Max Planck Institute
