Une découverte pour des impulsions ultra-courtes de 100 femtosecondes

Dans le domaine de la technologie optique, une équipe de chercheurs de Caltech et de l’UC Santa Barbara a réalisé une découverte significative concernant les micro-peignes de fréquence. Cette innovation pourrait avoir des implications majeures dans divers domaines, allant des communications numériques à l’astronomie.

Le micro-peigne de fréquence, un dispositif optique développé dans le laboratoire de Kerry Vahala à Caltech, est capable de convertir une lumière laser d’une fréquence en un ensemble de fréquences distinctes et régulièrement espacées. Ces fréquences forment une série d’impulsions dont la durée peut être aussi courte que 100 femtosecondes (quadrillionièmes de seconde).

Le micro-peigne de fréquence est fabriqué sur une plaque de silicium et a des applications potentielles dans divers domaines, notamment les communications numériques, la mesure précise du temps, la spectroscopie et même l’astronomie.

Une nouvelle approche pour générer des impulsions courtes

Les chercheurs ont récemment fait une découverte significative concernant la façon dont les impulsions courtes se forment dans un nouveau matériau appelé silicium nitrure à très faible perte (ULL nitride). Ce composé de silicium et d’azote est préparé pour être extrêmement pur et est déposé sous forme de film mince.

En théorie, les dispositifs de micro-peigne à impulsions courtes fabriqués à partir de ce matériau nécessiteraient très peu d’énergie pour fonctionner. Toutefois, en raison d’une propriété appelée dispersion, qui fait que la lumière ou d’autres ondes électromagnétiques se déplacent à des vitesses différentes en fonction de leur fréquence, les impulsions lumineuses courtes (appelées solitons) ne peuvent pas être correctement générées dans ce matériau.

Surmonter les limitations optiques du silicium nitrure

Dans un article publié dans Nature Photonics, les chercheurs discutent de leur développement du nouveau micro-peigne, qui surmonte les limitations optiques inhérentes à l’ULL nitride en générant des impulsions par paires.

Cette découverte est importante car l’ULL nitride est créé avec la même technologie utilisée pour la fabrication des puces informatiques. Cela signifie que ces micro-peignes pourraient un jour être intégrés dans une grande variété d’appareils portables similaires aux smartphones.

La caractéristique la plus distinctive d’un micro-peigne ordinaire est une petite boucle optique qui ressemble un peu à un minuscule circuit de course. Pendant le fonctionnement, les solitons se forment automatiquement et circulent autour de lui.

En synthèse

Cette découverte représente une étape importante dans le développement de la technologie des micro-peignes de fréquence. En surmontant les limitations optiques du silicium nitrure à très faible perte, les chercheurs ont ouvert la voie à l’intégration de ces dispositifs dans une grande variété d’applications, allant des communications numériques à l’astronomie.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un micro-peigne de fréquence ?

Un micro-peigne de fréquence est un dispositif optique qui convertit une lumière laser d’une fréquence en un ensemble de fréquences distinctes et régulièrement espacées.

Qu’est-ce que le silicium nitrure à très faible perte ?

Le silicium nitrure à très faible perte est un composé de silicium et d’azote qui est préparé pour être extrêmement pur et est déposé sous forme de film mince.

Quels sont les avantages potentiels de cette découverte ?

Cette découverte pourrait permettre l’intégration de micro-peignes de fréquence dans une grande variété d’applications, allant des communications numériques à l’astronomie.

Quels sont les défis associés à l’utilisation du silicium nitrure à très faible perte ?

Le principal défi est lié à une propriété appelée dispersion, qui fait que la lumière ou d’autres ondes électromagnétiques se déplacent à des vitesses différentes en fonction de leur fréquence.

Comment les chercheurs ont-ils surmonté ces défis ?

Les chercheurs ont développé un nouveau micro-peigne qui surmonte les limitations optiques de l’ULL nitride en générant des impulsions par paires.

Références

Article : « Soliton pulse pairs at multiple colours in normal dispersion microresonators« , est publié dans le numéro de novembre de Nature Photonics. Outre Vahala, Yuan et Gao, les autres coauteurs sont Yan Yu, étudiant diplômé en physique appliquée, Heming Wang (MS/PhD ’21), Warren Jin, Qing-Xin Ji (MS ’22), Avi Feshali et Mario Paniccia d’Anello Photonics.