Des ingénieurs de l'Université de l'Illinois ont trouvé un moyen de rediriger les ondes lumineuses inadaptées afin de réduire les pertes d'énergie lors de la transmission de données optiques. Dans une étude, les chercheurs ont exploité une interaction entre les ondes lumineuses et sonores pour supprimer la diffusion de la lumière par les défauts des matériaux, ce qui pourrait conduire à une meilleure communication par fibre optique. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Optique .

Les ondes lumineuses se dispersent lorsqu'elles rencontrent des obstacles, que ce soit une fissure dans une fenêtre ou un petit défaut dans un câble à fibre optique. Une grande partie de cette lumière se disperse hors du système, mais une partie se diffuse vers la source dans un phénomène appelé rétrodiffusion, les chercheurs ont dit.

"Il n'y a pas de matériau parfait, " a déclaré le professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie Gaurav Bahl, qui a dirigé l'étude. "Il y a toujours un peu d'imperfection et un peu d'aléatoire dans les matériaux que nous utilisons dans toute technologie d'ingénierie. Par exemple, la fibre optique la plus parfaite utilisée pour la transmission de données à longue portée peut encore avoir des défauts invisibles. Ces défauts peuvent être dus à la fabrication, ou ils peuvent apparaître au fil du temps à la suite de modifications thermiques et mécaniques du matériau. Finalement, de tels défauts fixent les limites de performance de tout système optique."

Quelques études antérieures ont montré que la rétrodiffusion indésirable peut être supprimée dans des matériaux spéciaux qui ont certaines propriétés magnétiques. Cependant, ce ne sont pas des options viables pour les systèmes optiques d'aujourd'hui qui utilisent des matériaux non magnétiques comme le silicium ou le verre de silice, Bahl a dit

Dans la nouvelle étude, Bahl et l'étudiant diplômé Seunghwi Kim ont utilisé une interaction de la lumière avec des ondes sonores, au lieu de champs magnétiques, pour contrôler la rétrodiffusion.

Les ondes lumineuses traversent la plupart des matériaux à la même vitesse quelle que soit leur direction, que ce soit en avant ou en arrière, dit Bahl. "Mais, en utilisant des interactions opto-mécaniques sensibles à la direction, nous pouvons briser cette symétrie et arrêter efficacement la rétrodiffusion. C'est comme créer un miroir sans tain. En bloquant la propagation vers l'arrière d'une onde lumineuse, il n'a nulle part où aller quand il rencontre un éparpilleur, et pas d'autre choix que de continuer à avancer."

Pour démontrer ce phénomène, l'équipe a envoyé des ondes lumineuses dans une minuscule sphère en verre de silice, appelé microrésonateur. À l'intérieur, la lumière se déplace le long d'un chemin circulaire comme une piste de course, rencontrer des défauts dans la silice maintes et maintes fois, amplifier l'effet de rétrodiffusion. L'équipe a ensuite utilisé un deuxième faisceau laser pour engager l'interaction lumière-son dans la direction arrière uniquement, bloquant la possibilité de diffusion de la lumière vers l'arrière. Ce qui aurait été perdu de l'énergie continue d'avancer, malgré les défauts du résonateur.

Pouvoir arrêter la rétrodiffusion est important, mais une partie de la lumière est toujours perdue à cause de la diffusion latérale, sur lesquels les scientifiques n'ont aucun contrôle, dit Bahl. « L'avance est donc très subtile à ce stade et n'est utile que sur une bande passante étroite. vérifier simplement que nous pouvons supprimer la rétrodiffusion dans un matériau aussi courant que le verre de silice suggère que nous pourrions produire un meilleur câble à fibre optique ou même continuer à utiliser l'ancien, câble endommagé déjà en service au fond des océans du monde, au lieu de devoir le remplacer."

Tenter l'expérience du câble à fibre optique sera la prochaine étape pour montrer que ce phénomène est possible aux largeurs de bande requises dans les communications par fibre optique.

"Le principe que nous avons exploré a déjà été vu, " a déclaré Bahl. " La vraie histoire ici est que nous avons confirmé que la rétrodiffusion peut être supprimée dans quelque chose d'aussi simple que le verre, en utilisant une interaction opto-mécanique qui est disponible dans chaque matériau optique. Nous espérons que d'autres chercheurs examineront ce phénomène dans leurs systèmes optiques, également, pour faire avancer la technologie. »