Des chercheurs de l’EPFL ont développé une nouvelle méthode de télémétrie laser utilisant des peignes de fréquences chaotiques dans des microrésonateurs optiques, ce qui promet des avancées dans les technologies de télémétrie optique et de communication. Une illustration du nuage de points LiDAR du Rolex Learning Center, EPFL. Crédit : Anton Lukashchuk (EPFL)
La transition vers le chaos est omniprésente dans les systèmes non linéaires. Les microrésonateurs Kerr basés sur des puces photoniques à ondes continues présentent un chaos spatio-temporel, également connu sous le nom d’instabilité de modulation chaotique.
Depuis plus de quinze ans, de tels états d’instabilité de modulation ont été considérés comme peu pratiques pour les applications par rapport à leurs homologues à état de lumière cohérente, tels que les états solitons. Ce dernier a été la pièce maîtresse de nombreuses démonstrations d’applications de haut niveau, de la communication optique longue portée à l’informatique photonique.
Exploiter les peignes de fréquence chaotique
Aujourd’hui, des chercheurs du groupe de Tobias Kippenberg de l’EPFL ont trouvé une nouvelle façon d’exploiter les caractéristiques uniques des peignes de fréquence chaotiques pour mettre en œuvre une télémétrie laser massivement parallèle sans ambiguïté et immunisée contre les interférences en utilisant l’amplitude aléatoire intrinsèque et la modulation de phase des lignes de peigne chaotiques. .
La recherche introduit un nouveau paradigme pour la télémétrie laser massivement parallèle utilisant des états de lumière incohérents et chaotiques dans des microrésonateurs optiques. Cette approche innovante offre des avantages significatifs par rapport aux méthodes conventionnelles et ouvre de nouvelles possibilités d’applications dans divers domaines.
Détails techniques et avantages
Le concept derrière cette nouvelle technique de télémétrie laser est basé sur le principe de la modulation aléatoire à onde continue (RMCW), où la modulation aléatoire d’amplitude et de phase d’une porteuse est utilisée pour interroger une cible en utilisant une corrélation croisée d’amplitude et de fréquence au niveau du détecteur.
Contrairement aux systèmes à ondes continues (CW) conventionnels, qui reposent sur une modulation externe, l’approche développée à l’EPFL utilise la modulation aléatoire inhérente d’amplitude et de phase des lignes de peigne chaotiques dans un microrésonateur optique. Le système peut prendre en charge des centaines de supports optiques multicolores indépendants, permettant une télémétrie laser et une vélocimétrie massivement parallèles.
Implications commerciales et avis d’experts
La technologie RMCW devient de plus en plus attractive et plusieurs sociétés LiDAR utilisent cette approche dans leurs produits commerciaux. « À l’ère prévue des véhicules sans pilote, l’immunité aux interférences mutuelles avec d’autres LiDAR et sources de lumière ambiante rend cet avantage du RMCW significatif », explique Anton Lukashchuk, doctorant au laboratoire de Kippenberg et premier auteur de l’étude. « De plus, notre approche ne nécessite pas de conditions strictes en matière de bruit de fréquence, d’agilité de réglage et de linéarité des lasers et ne nécessite pas de routines d’initiation de forme d’onde. »
Johann Riemensberger, postdoctorant au laboratoire de Kippenberg et co-auteur de l’article, ajoute : « Étonnamment, le fonctionnement dans le régime d’instabilité de modulation chaotique s’accompagne d’une modulation de signal à large bande des lignes de peigne, dépassant souvent la bande passante de résonance et entraînant une modulation du signal à large bande des lignes de peigne. résolution à l’échelle centimétrique. De plus, les micropeignes chaotiques sont économes en énergie, thermiquement stables, simples à utiliser et fournissent un spectre optique plat.
La percée de l’équipe ouvre de nouvelles possibilités en matière de télémétrie optique, de communication à spectre étalé, de cryptographie optique et de génération de nombres aléatoires. Les résultats de cette recherche font non seulement progresser notre compréhension de la dynamique chaotique dans les systèmes optiques, mais fournissent également des solutions pratiques pour la télémétrie laser de haute précision dans divers domaines.
Les échantillons de puces ont été fabriqués au Centre de MicroNanoTechnologie (CMi) de l’EPFL.
L’étude a été financée par le Bureau de la recherche scientifique de l’armée de l’air, le Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung, Agence spatiale européenneProgramme-cadre Horizon 2020
