Repousser les limites de l'optomécanique quantique
L'optomécanique est basée sur les interactions entre la lumière et le mouvement mécanique. C'est aujourd'hui l'un des domaines les plus prometteurs de la physique, et qui connaît le développement le plus rapide. Les recherches sont déjà capables d'observer le mouvement mécanique de systèmes mésoscopiques, au niveau quantique. Les scientifiques du projet OQL («Optomechanics at the quantum level»), financé par l'UE, ont utilisé des microrésonateurs, une technique importante pour étudier les effets optomécaniques au niveau quantique. Avec un diamètre allant d'une centaine de micromètres à quelques millimètres, les microrésonateurs peuvent servir à fabriquer des peignes de fréquence. Un peigne de fréquence produit une lumière dont le spectre est composé d'un train d'impulsions femtosecondes. Le décalage de fréquence de l'enveloppe et l'écartement des «dents» (le taux de répétition) sont les paramètres qui déterminent les fréquences produites par un peigne. Les travaux pionniers du projet OQL ont apporté une contribution majeure pour réaliser un peigne de fréquences optiques sous forme d'un microrésonateur auto-référencé, ce qui est depuis longtemps un objectif de la recherche. La recherche en vue de produire des impulsions de solitons de haute énergie a conduit à un spectre couvrant deux tiers d'une octave, centré à 1 550 nm. Ces résultats révolutionnaires ont permis d'avancer pour mesurer le décalage de fréquence de l'enveloppe, à l'aide d'en système interférométrique 2f-3f auto-référencé. Les scientifiques ont hétérodyné la lumière générée, avec deux lasers de transfert d'énergie de fréquences différentes, vérifiant ainsi la cohérence du spectre généré. Ils ont ensuite verrouillé la phase du premier laser sur le peigne de fréquences générées, et la phase du second laser sur celle du premier. Pour la première fois, ceci a permis de mesurer directement le décalage de fréquence de l'enveloppe du microrésonateur. Les résultats du projet auront d'importantes conséquences dans de nombreux cas exigeant la mesure précise de fréquences optiques absolues, par exemple les horloges optiques atomiques. Outre les applications en spectroscopie et en télécommunications, ceci permettrait de créer des signaux micro-ondes à très faible bruit de phase, largement plus performants que les sources photoniques micro-ondes actuelles.
Mots‑clés
Quantique, optomécanique, horloges atomiques quantiques, peignes de fréquence, microrésonateurs
