Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont fabriqué un module multiplexeur/démultiplexeur basé sur une propriété de la lumière qui n'était pas exploitée dans les systèmes de communication :le vortex optique. De tels dispositifs seront cruciaux pour améliorer les réseaux optiques, qui sont l'épine dorsale de l'Internet d'aujourd'hui, afin qu'ils puissent répondre aux exigences du trafic de demain.

Dans notre ère centrée sur la communication, Le trafic Internet a augmenté rapidement. Les énormes quantités de données qui circulent sur Internet sont rendues possibles par d'énormes réseaux fédérateurs, impliquant généralement des millions de connexions déployées à l'aide de la technologie de communication optique. Prévoyant que cette augmentation du flux de données ne s'arrêtera pas de sitôt, des chercheurs du monde entier cherchent des moyens de développer et d'améliorer davantage les communications optiques.

Une technique omniprésente dans les communications électroniques modernes est le multiplexage, ce qui est un moyen de maximiser l'utilisation de la bande passante disponible. Le multiplexage consiste à regrouper plusieurs signaux en un seul signal qui peut être envoyé via un support partagé, comme une fibre optique. Le signal complexe reçu est ensuite démultiplexé au niveau du récepteur et chaque signal simple est acheminé vers sa destination prévue. Des approches de multiplexage multiples sont utilisées de nos jours pour atteindre des vitesses de plus de 100 gbits/s à travers les réseaux optiques.

Cependant, nous devons trouver un moyen d'entasser plus de données dans des signaux optiques sans nécessiter plus d'énergie et à faible coût ; C'est, de nouvelles technologies de multiplexage sont nécessaires. Des méthodes récentes et prometteuses consistent à tirer parti des propriétés de la lumière non classiquement utilisées pour la communication pour coder des signaux indépendants. Par exemple, la polarisation de la lumière a déjà été employée et des applications pratiques ont été proposées.

D'autre part, il y a une autre caractéristique de la lumière, appelé "vortex optique", qui peut être exploité. C'était l'objet d'une recherche menée à l'Institut de technologie de Tokyo, dirigé par le professeur adjoint Tomohiro Amemiya. "Le vortex optique porte le moment angulaire orbital de la lumière et peut être utilisé pour multiplexer des signaux en attribuant chaque signal à une onde lumineuse de moment différent, " explique Amemiya. L'application du vortex optique pour le multiplexage de signaux représente un territoire inexploité avec un grand potentiel.

Bien sûr, penser même à coder des signaux en ondes lumineuses avec différents vortex optiques et les transmettre, il est d'abord nécessaire de concevoir et de mettre en œuvre les circuits nécessaires à la fois pour les opérations de multiplexage et de démultiplexage. L'équipe de recherche a donc conçu et fabriqué un module de multiplexage/démultiplexage de moment angulaire orbital.

Leur dispositif a été fabriqué de manière à prendre cinq signaux indépendants en entrée. En utilisant une combinaison de deux structures de circuits minuscules, appelé coupleur en étoile et générateur de vortex optique, chacun des cinq signaux est "codé" avec un moment angulaire optique unique. Le signal de sortie consiste en une combinaison des cinq signaux, et le circuit récepteur n'a qu'à effectuer l'opération de multiplexage en sens inverse (démultiplexage) pour se retrouver avec les cinq signaux indépendants.

Le module fabriqué est représenté sur la figure 1. Les pointes incurvées des guides d'ondes du générateur de vortex optique étaient en silicium et mesuraient quelques micromètres. Le processus de fabrication du générateur de vortex optique avait été rapporté dans des recherches antérieures, et le travail actuellement effectué par l'équipe démontre une application concrète de cette technologie.

Les dispositifs et les techniques de multiplexage tels que ceux démontrés par l'équipe seront cruciaux dans un avenir très proche. "Il est certain que la demande de systèmes de grande capacité à faible coût et moins de pertes d'énergie augmentera encore à l'avenir, " déclare Amemiya. Heureusement, d'autres moyens d'améliorer les systèmes de communication actuels en exploitant les propriétés inexploitées de la lumière deviendront sûrement disponibles pour nous faire avancer d'un pas dans notre ère de communication.