La société d'aujourd'hui est en croissance démographique et la productivité impose des exigences de plus en plus élevées à Internet, et sans développements scientifiques pour fournir des moyens de répondre à nos besoins de trafic, il va commencer à se boucher. Mapper des photons sur une surface métallique et les convertir en un type particulier d'oscillations électroniques, appelés plasmons, chercheurs suisses, L'Allemagne et les États-Unis ont collaboré pour développer une nouvelle façon de transmettre des informations aux signaux lumineux envoyés sur les réseaux de fibres optiques d'Internet.

Leurs travaux de développement de ces modulateurs plasmoniques à large bande, qui fonctionnent à une vitesse supérieure à la limite de 100 Gbit/s des dispositifs photoniques pour une seule porteuse, sera présenté à l'Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC), du 19 au 23 mars à Los Angeles, Californie, ETATS-UNIS.

Le passage de l'envoi de signaux électroniques sur des fils à l'envoi de signaux optiques sur des fibres a révolutionné Internet, offrant une capacité et des taux de transfert nettement plus élevés. Les signaux électroniques issus des ordinateurs ont été codés en lumière sous forme de modulations, qui pourraient alors voyager à des vitesses relativistes à travers les fibres optiques.

Nous avons maintenant atteint un point, cependant, où la conversion des signaux électriques en signaux optiques peut être un goulot d'étranglement pour la communication optique.

Entrez :plasmons. Les plasmons sont des ondes dans la « mer » énergétiquement fluide d'électrons sur de nombreux métaux conducteurs tels que l'or. Tout comme les ondulations de l'eau sur la surface d'un étang à partir d'un rocher qui saute, les plasmons transportent l'énergie de la lumière frappant une surface sous forme d'ondes d'électrons oscillant collectivement. Dans les bonnes conditions, la lumière peut exciter ces plasmons microscopiques et convertir le signal d'une onde lumineuse - de nature purement photonique - en un plasmon qui se déplace le long de la surface du métal.

"Plutôt que de s'appuyer sur la photonique, nous travaillons maintenant avec la plasmonique, " a déclaré Claudia Hoessbacher, auteure principale de l'article et membre de l'Institut des champs électromagnétiques de l'ETH de Zurich, La Suisse. « Le travail a été déclenché en réalisant que nous sommes arrivés aux limites de la photonique sur silicium. Le silicium ne nous donnerait plus une vitesse plus élevée, cela ne nous permettrait pas non plus de devenir plus compacts."

Le nouveau dispositif modulateur comprend deux ensembles de paires d'électrodes en or séparées par une fente étroite de moins de cent nanomètres de large, des centaines de fois plus petit qu'un cheveu humain. Les fentes sont remplies d'un matériau électro-optique organique dont les propriétés de réfraction de la lumière changent de manière prévisible dans un champ électrique appliqué.

L'or est l'un des éléments les plus actifs sur le plan plasmonique et ces espaces remplis de silicium agissent comme des guides d'ondes pour les plasmons. L'ensemble forme un micro-interféromètre, où le signal modulé résultant provient de la combinaison des signaux voyageant à travers chacun des deux chemins de matériau électro-optique.

Parce que ces composants plasmoniques sont métalliques, ils ont l'avantage supplémentaire de servir potentiellement de leurs propres contacts électriques.

Les plus gros avantages de ces modulateurs, cependant, sont leur taille compacte et leur bande passante significativement large, qui permet un plus grand volume de flux d'informations en prenant en charge un spectre de fréquences plus large. La large bande passante est due à une réponse quasi instantanée des électrons aux champs électromagnétiques. Bien que les plasmons ne parcourent pas efficacement de longues distances, leur taille compacte minimise cet inconvénient.

"Initialement, nous avions peur que les pertes soient trop élevées car les pertes plasmoniques sont connues pour être élevées, " dit Leuthold, qui dirige l'institut de recherche de l'ETH. "Notre deuxième génération de l'appareil a apporté la percée. Nous avons réalisé que les non-linéarités étaient bien plus élevées que ce à quoi on pourrait s'attendre normalement. Grâce à ces non-linéarités élevées, nous pouvions fabriquer des dispositifs courts et donc les pertes seraient également suffisamment faibles."

La petite taille de ces nouveaux appareils n'est pas totalement sans inconvénients. La taille compacte des modulateurs microscopiques signifie également qu'ils posent des problèmes de fabrication. Pour des montages aussi précis, le groupe a utilisé des techniques lithographiques, où des motifs lumineux soigneusement exposés entraînent des processus chimiques qui laissent derrière eux les motifs d'électrodes souhaités.

"Lorsque vous commencez à travailler avec des appareils qui ont des dimensions de sous-diffraction (c'est-à-dire bien en dessous de la longueur d'onde), le défi ultime est de maîtriser la fabrication, " Leuthold a déclaré. "Nous avons besoin de résolutions lithographiques de l'ordre de 20 à 40 nanomètres."

En utilisant des formats de modulation familiers à la communauté des communications optiques, les chercheurs ont testé la réponse de l'appareil sur une plage de 170 GHz. C'était une si large gamme de fréquences, ils ont dû concevoir cinq configurations différentes pour générer tous les signaux radiofréquence testés. Selon Leuthold, ce travail se poursuit dans l'espoir de résultats encore meilleurs et d'applications potentielles pour la prochaine génération de liaisons de communication optiques.