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De nouvelles recherches apportent des lumières sur la dynamique ultra-rapide

Mesurer les impulsions laser ultra-courtes, qui sont parmi les événements les plus brefs jamais créés dans le domaine de l’optique, a représenté pour les scientifiques une gageure bien plus ambitieuse que le développement des techniques destinées à provoquer ces impulsions elles-mêmes. Un projet financé par l’UE est parvenu à développer un dispositif photonique haute performance qui offre de nouvelles perspectives en permettant une identification agile des impulsions optiques ultra-courtes dans leur nature complexe.
De nouvelles recherches apportent des lumières sur la dynamique ultra-rapide
Les impulsions optiques ultra-courtes représentent un outil de plus en plus important dans des domaines aussi variés que les communications, les sciences médicales ou l’ingénierie, qui requièrent une extrême précision. Que ce soit pour leur capacité à fournir une très forte puissance de manière instantanée ou pour leur courte durée, ces impulsions s’avèrent essentielles à certaines applications, et la possibilité de caractériser la dynamique de leur champ électrique en termes de temps et de fréquence permettra d’accroître la fiabilité des techniques optiques ultra-rapides actuelles.

C'est à ce niveau que le projet INCIPIT, financé par l’UE, intervient. Étant donné le rôle essentiel des impulsions optiques ultra-courtes dans les systèmes photoniques, l’équipe du projet a mis l’accent sur la réalisation de nouveaux types d’expériences et sur le développement de dispositifs de caractérisation des impulsions qui sont potentiellement plus polyvalents et plus efficaces que toutes les techniques de pointe.

L’interaction lumière-matière dans le domaine de la photonique intégrée

Les impulsions optiques peuvent être caractérisées par différents types de paramètres, et notamment par leur durée, leur forme spatio-temporelle, leur énergie et leur cohérence. Bien que les techniques de mesure des impulsions ultra-courtes se soient fortement améliorées au cours des dernières années, leur marge d’amélioration reste importante. En outre, les instruments conventionnels de caractérisation des impulsions sont en général très volumineux, et sont constitués dans bien des cas de parties amovibles. «Mettre au point des techniques et des dispositifs de mesure des impulsions ultra-courtes précis et polyvalents qui soient au moins aussi robustes que ceux utilisés pour générer ces mêmes impulsions ultra-courtes est essentiel pour l’étude des interactions lumière-matière, autant du point de vue des sciences fondamentales que de la technologie», note le professeur Marco Peccianti.

Le contrôle des interactions lumière-matière dans des structures photoniques telles que les guides à onde, les résonateurs et les interféromètres est crucial, entre autres, pour les circuits intégrés de la prochaine génération. «En s’appuyant sur les circuits photoniques intégrés, il devrait être possible de réduire la taille et la consommation d’énergie des dispositifs optiques et d’améliorer leur fiabilité, tout en permettant de nouvelles fonctions», déclare le Dr Benjamin Wetzel.

Les travaux théoriques et expérimentaux réalisés dans le cadre de INCIPIT avaient pour objectif l’étude des interactions optiques entre les impulsions ultra-courtes qui se propagent dans les guides à onde photoniques sur les puces photoniques intégrées. Les nouveaux prototypes de puces photoniques et les nouvelles méthodes se sont avérés être des outils prometteurs dans le domaine des impulsions ultra-courtes qui vont permettre aux scientifiques de décrire la nature de ces dernières et d’en limiter les composants les plus volumineux.

Globalement, les activités des chercheurs ont permis des progrès couvrant un large spectre: de la démonstration et du contrôle des nouveaux états quantiques optiques à la création expérimentale et à la caractérisation de types d’impulsions optiques spécifiques et difficiles à percevoir, en passant par le développement de nouvelles sources optiques. Parmi les succès remarquables obtenus, il importe de noter la réalisation d’un peigne de fréquences optiques sur puce, d’un oscillateur paramétrique optique bichromatique sur puce, ainsi que d’un laser à blocage de mode présentant une largeur de bande spectrale extrêmement faible.

Ordinateurs ultra-rapides et réseaux optiques

Avec le développement de transistors de plus en plus miniaturisés, les gains en matière de vitesse de traitement informatique et de puissance et la diminution de la taille des dispositifs sont allés de pair. Les puces photoniques compatibles avec les plateformes électroniques actuelles qui impliquent des impulsions ultra-courtes de l’ordre de la femtosecond peuvent accroître de manière significative la puissance de calcul et la rapidité des systèmes photoniques et quantiques, et aider les réseaux optiques à atteindre des débits de données incroyablement élevés.

INCIPIT a partagé des connaissances avec la communauté de recherche via plusieurs publications dans des revues à comité de lecture et des présentations réalisées dans le cadre de conférences importantes sur le sujet.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

INCIPIT, impulsions optiques ultra-courtes, puce photonique, photonique intégrée, caractérisation des impulsions, dynamique ultra-rapide, ordinateurs ultra-rapides