Les circulateurs sont des composants importants de la technologie de la communication. Leur façon unique d'acheminer la lumière nécessite généralement des aimants de la taille d'un centimètre, qui sont difficiles à miniaturiser pour une utilisation sur des puces optiques. Des chercheurs de l'AMOLF et de l'Université du Texas ont contourné ce problème avec un anneau de verre vibrant qui interagit avec la lumière. Ils ont ainsi créé un circulateur microscopique qui achemine la lumière de manière directionnelle sur une puce optique sans utiliser d'aimants. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans Communication Nature le 4 mai 2018.

Les circulateurs permettent la transmission d'informations sans perte entre plus de deux nœuds d'un réseau, c'est pourquoi ils sont largement utilisés dans les réseaux optiques. Les circulateurs ont plusieurs ports d'entrée et de sortie entre lesquels ils acheminent la lumière d'une manière particulière :la lumière entrant dans un port particulier est forcée de sortir dans un deuxième port, mais la lumière entrant dans ce deuxième port sort dans un troisième port, etc.

"La propagation de la lumière est de nature symétrique, ce qui signifie que si la lumière peut se propager de A à B, le chemin inverse est également possible. Nous avons besoin d'une astuce pour briser la symétrie, ", explique Ewold Verhagen, chef du groupe AMOLF. "Habituellement, cette astuce utilise des aimants de la taille d'un centimètre pour conférer une directionnalité et briser la nature symétrique de la propagation de la lumière. De tels systèmes sont difficiles à miniaturiser pour une utilisation sur des puces photoniques."

Verhagen et ses collègues ont créé un comportement circulant à l'aide d'un résonateur à anneau de verre à micro-échelle avec une astuce différente. Ils permettent à la lumière dans l'anneau d'interagir avec les vibrations mécaniques de l'anneau. Les chercheurs ont utilisé ce principe dans des travaux antérieurs pour démontrer la transmission optique unidirectionnelle. "En faisant briller la lumière d'un laser de 'contrôle' dans l'anneau, la lumière d'une couleur différente peut exciter des vibrations par une force connue sous le nom de pression de rayonnement, mais seulement si elle se propage dans le même sens que l'onde lumineuse de contrôle, " explique Verhagen. " Puisque la lumière se propage différemment à travers une structure vibrante qu'à travers une structure immobile, la force optique brise la symétrie de la même manière qu'un champ magnétique le ferait."

Rond-point pour la lumière

Transformer la « rue à sens unique pour la lumière » en un « rond-point » optique utile n'était pas aussi simple qu'il y paraît, comme le fait remarquer le postdoc John Mathew :« Le défi est de dicter la sortie particulière vers laquelle la lumière peut être acheminée, de telle sorte qu'il prenne toujours le prochain port."

Les chercheurs ont trouvé la solution dans les interférences optiques. Un contrôle minutieux des chemins optiques dans la structure garantit que la lumière de chaque entrée interfère de manière constructive dans exactement la bonne sortie. « Nous avons démontré cette circulation dans des expériences, et a montré qu'il peut être activement réglé. La fréquence et la puissance du laser de contrôle permettent d'allumer et d'éteindre la circulation et de changer de main, " dit Mathieu.

Réseaux d'informations

Le « rond-point » AMOLF pour la lumière est en fait le premier sans aimant, circulateur optique sur puce. Bien que la recherche soit de nature fondamentale, il a de nombreuses applications possibles. Verhagen : « Des appareils comme celui-ci pourraient former des blocs de construction pour les puces qui utilisent la lumière au lieu des électrons pour transporter des informations, ainsi que pour les futurs ordinateurs quantiques et réseaux de communication. Le fait que le circulateur puisse être contrôlé activement offre des fonctionnalités supplémentaires car les circuits optiques peuvent être reconfigurés à volonté. »