En ajoutant une façon à médiation sonore de contrôler la lumière à la boîte à outils des puces basées sur la lumière, l'Université des chercheurs de Twente a repoussé les limites de la technologie. Cela ouvre la possibilité de rendre les horloges atomiques suffisamment petites pour s'adapter aux satellites et aux drones, les aidant à naviguer sans GPS.
Imaginez avoir à trouver votre chemin avec seulement une boussole et les étoiles et être remis un GPS. C'est ce que David Marpaung et ses collègues viennent de faire pour les concepteurs de puces à base de lumière. Grâce à leur découverte de la lumière du son avec le son, les chercheurs de l'UT ont mis à disposition un nouvel outil puissant pour étendre la portée et les performances de cette technologie émergente qui dépasse rapidement son utilisation traditionnelle dans la communication optique à faible puissance.
Détaillé dans Avancées scientifiquesMarpaung a essentiellement modelé la précision et la polyvalence d'un phénomène physique bien connu appelé diffusion stimulée de Brillouin (SBS) dans une forme prête pour la fabrication de masse.
Avec SBS ajouté à leur boîte à outils, les ingénieurs pourront incorporer des lasers de largeur de ligne sous-hertz, des filtres ultra-sélectifs et de nombreux autres composants avec des performances inégalées dans leurs circuits photoniques.
Ces puces ne seront pas sûres de faire des vagues. « La photonique de Brillouin intégrée est un terrain très fertile, à la fois scientifiquement et commercialement, et notre travail le prend du laboratoire au Fab », explique Marpaung, se référant aux usines où les puces sont fabriquées, appelées Fabs.
Électrons, photons et phonons
Pour l'industrie des télécommunications, la diffusion de Brillouin est généralement une nuisance. Dans une fibre optique, l'interaction de la lumière avec le verre crée des changements périodiques de la densité du milieu et de l'indice de réfraction, diffusant la lumière et limitant la puissance qui peut être transférée de A à B.
Mais la diffusion de Brillouin peut également être utilisée pour de bon. En contrôlant soigneusement la boucle de rétroaction positive entre les ondes lumineuses passant par un milieu et les ondes sonores (appelées phonons) générées dans le réseau cristallin du matériau en raison de l'interaction avec la lumière, une nouvelle façon de transporter et de traitement des informations émerge.
« Après les électrons dans l'électronique et les photons dans la photonique intégrée, pensez aux interactions médiées par phonon comme troisième façon de façonner, de rediriger ou de traiter les signaux », explique Marpaung.
SBS n'a pas été pratique – jusqu'à maintenant
Jusqu'à récemment, cependant, la mise à jour de SBS n'a pas été pratique. « Il y a eu de nombreuses manifestations de preuve de concept, mais, pour diverses raisons, ces défis critiques sont confrontés à des défis critiques en termes de déploiement et d'évolutivité pratique », explique Kaixuan Ye, un doctorat. Étudiant du groupe de Marpaung et premier auteur du journal des avances scientifiques.
Un autre obstacle majeur a été une propriété intrinsèque des ondes acoustiques. Tout comme les ondulations se propageant à la surface de la mer, les ondes acoustiques ont tendance à se propager dans toutes les directions, dispersant leur énergie.
Marpaung, Ye et ses collègues ont constaté que dans le matériau optique au lithium niobate, les ondes acoustiques peuvent être dirigées par la direction de la lumière, l'apprivoisant essentiellement pour l'insertion dans la technologie photonique intégrée: le lithium niobate (TFLN) mince.
La puissance de SBS
Pour donner un avant-goût des nouvelles fonctionnalités disponibles, le groupe de Marpaung a collaboré avec le groupe de recherche de Cheng Wang de l'Université de la ville de Hong Kong. Ils ont fabriqué un amplificateur et un laser sur la plate-forme TFLN sur la plate-forme TFLN – deux composants clés dans n'importe quel circuit intégré photonique. L'équipe a également créé un composant plus complexe, un processeur photonique micro-ondes Brillouin multifonctionnel capable de filtrer un signal entrant.
Ces démonstrations ouvrent la porte aux applications du monde réel, que Marpaung a déjà commencé à explorer.
« SBS peut réduire considérablement les dimensions des horloges atomiques, car SBS permet la miniaturisation des lasers ultra-précis et stables requis par ces appareils.
« Notre travail permet également un filtrage ultra précis des signaux indésirables. L'intégration avec des modulateurs à grande vitesse entraînera des performances plus élevées, une taille plus petite et un coût moindre. Ces filtres peuvent être utilisés pour l'atténuation des interférences et du brouillage indésirables, ce qui est important pour les radios 6G et les GP / navigation. »
