Des chercheurs de l'Université de Rochester et de l'Université de Californie à Santa Barbara, ont conçu un dispositif laser plus petit qu'un sou qui, selon eux, pourrait tout alimenter, des systèmes lidar utilisés dans les véhicules autonomes à la détection des ondes gravitationnelles, l'une des expériences les plus délicates pour observer et comprendre notre univers.
Les techniques de mesure à base de laser, connues sous le nom de métrologie optique, peuvent être utilisées pour étudier les propriétés physiques des objets et des matériaux. Mais la métrologie optique actuelle nécessite un équipement volumineux et coûteux pour obtenir un contrôle délicat des ondes laser, créant un goulot d'étranglement pour le déploiement de systèmes rationalisés et rentables.
Le nouveau laser à l'échelle de la puce, décrit dans un article publié dans Lumière: Science et applicationspeut effectuer des mesures extrêmement rapides et précises en modifiant très précisément sa couleur à travers un large éventail de lumière à des rythmes très rapides – environ 10 quintilleurs de fois par seconde.
Contrairement à la photonique traditionnelle du silicium, le laser est fabriqué avec un matériau synthétique appelé lithium niobate et exploite un phénomène physique appelé effet des poches, qui modifie l'indice de réfraction d'un matériau lorsqu'un champ électrique est présent.
« Il y a plusieurs applications que nous visons qui peuvent déjà bénéficier de nos conceptions », explique Shixin Xue, un doctorat. Étudiant conseillé par Qiang Lin, le professeur du doyen de génie électrique et informatique et d'optique, qui sont tous deux parmi les auteurs du journal.
« Le premier est le lidar, qui est déjà utilisé dans les véhicules autonomes, mais une forme plus avancée connue sous le nom de LiDAR à onde continue modulée en fréquence nécessite une large gamme de réglage et un réglage rapide de la fréquence du laser, et c'est ce que notre laser peut faire. »
Les chercheurs ont démontré comment leur laser pouvait être utilisé pour conduire un système LiDAR sur un disque de rotation et identifier les lettres U et R fabriquées à partir de blocs LEGO. Ils disent que la démonstration miniature pourrait être étendue pour détecter les véhicules et les obstacles aux vitesses et distances de l'autoroute.
Les chercheurs ont également démontré comment le laser à l'échelle de la puce pouvait être utilisé pour le verrouillage de fréquence laser-rrever-hall (PDH), une technique commune utilisée pour affiner, stabiliser et réduire le bruit d'un laser.
« C'est un processus très important qui peut être utilisé pour les horloges optiques qui peuvent mesurer le temps avec une précision extrême, mais vous avez besoin de beaucoup d'équipement pour le faire », explique Xue, notant qu'une configuration typique peut nécessiter des instruments de la taille d'un ordinateur de bureau tel qu'un laser intrinsèque, un isolateur, un modulateur acous-optique et un modulateur de phase. « Notre laser peut intégrer toutes ces choses dans une très petite puce qui peut être réglée électriquement. »
