Des scientifiques de l'EPFL ont trouvé un moyen de miniaturiser les peignes de fréquence, réalisant une nouvelle étape vers la miniaturisation de tels outils. Leur appareil peut mesurer les oscillations lumineuses avec une précision de 12 chiffres.

Un compact, outil de précision pour le comptage et le suivi des fréquences laser peut améliorer les horloges atomiques et les dispositifs de transmission de données optiques. Cependant, les ondes lumineuses oscillent des centaines de milliards de fois par seconde, une fréquence impossible à mesurer directement. Les grandes sources laser pulsées sont généralement utilisées pour produire des "peignes de fréquence" qui peuvent relier le domaine optique aux radiofréquences et rendre possible le comptage des oscillations de la lumière. Des scientifiques de l'EPFL ont trouvé un moyen de miniaturiser les peignes de fréquence, réalisant une nouvelle étape vers la miniaturisation de tels outils. Leur appareil était capable de mesurer les oscillations lumineuses avec une précision de 12 chiffres. L'ouvrage est publié dans la revue Lumière :science et applications .

Le laboratoire de Tobias J. Kippenberg à l'EPFL, dans un projet mené par Victor Brasch et Erwan Lucas, créé ce qu'on appelle un "peigne de fréquence optique auto-référencé". Il s'agit essentiellement d'une série de raies spectrales densément espacées dont l'espacement est identique et connu. Parce qu'ils sont si bien définis, Les peignes de fréquence optique peuvent être utilisés comme une « règle » pour mesurer la fréquence – ou la couleur – de n'importe quel faisceau laser. En comparant une couleur inconnue à cette règle, il est possible de calculer sa fréquence. Cependant, cela implique une étape critique appelée « auto-référencement », une méthode qui détermine exactement la position de chaque tick individuel de la règle de fréquence, mais exige une règle très longue - une large gamme spectrale, comme disent les scientifiques – ce qui est difficile à obtenir.

Bien que les peignes de fréquence optique aient valu à leurs inventeurs le prix Nobel de physique en 2005, ils nécessitaient encore des configurations optiques encombrantes. Le laboratoire du Pr Kippenberg a montré en 2007 que des peignes de fréquence optique pouvaient être créés à l'aide de minuscules dispositifs appelés « microrésonateurs optiques » :des structures microscopiques annulaires en nitrure de silicium très fin mesurant quelques millimètres à quelques dizaines de microns de diamètre. Ces structures peuvent piéger une lumière laser continue et la convertir en impulsions ultra-courtes – les solitons – grâce aux propriétés non linéaires particulières de l'appareil. Les solitons se déplacent autour du microrésonateur 200 milliards de fois par seconde et la sortie pulsée du microrésonateur crée le peigne de fréquence optique.

L'année dernière, le groupe a relevé un défi exceptionnel, démontrant qu'un contrôle minutieux des paramètres du microrésonateur, permis de générer un spectre de fréquences très large directement sur puce. À ce point, les fréquences générées s'étendent sur les deux tiers d'une octave par rapport à la fréquence du laser entrant (une octave fait référence au double ou à la moitié de la fréquence). Lorsqu'il est combiné avec un système de transfert laser, à base de cristaux non linéaires, l'approche de l'équipe a permis l'auto-référencement, tout en éliminant le besoin d'encombrants, systèmes externes traditionnellement utilisés pour l'élargissement de fréquence.

Avec ça, les chercheurs ont pu prouver que leur peigne de fréquence optique peut être utilisé pour les applications de mesure les plus précises :ils ont mesuré la fréquence d'un laser en utilisant leur technique ainsi qu'un système de peigne de fréquence traditionnel et ont montré que les deux résultats concordaient sur 12 chiffres.

La technologie se prête à l'intégration à la fois avec des éléments photoniques et des micropuces de silicium. L'établissement de dispositifs qui fournissent une liaison RF vers optique sur une puce peut catalyser une grande variété d'applications telles que les applications intégrées, horloges atomiques et sur puce, et pourrait contribuer à rendre la métrologie des fréquences optiques omniprésente.