Une équipe de scientifiques de l'Université d'Otago/Dodd-Walls Center a créé un nouvel appareil qui pourrait permettre à la prochaine génération de Internet plus économe en énergie. Leurs résultats révolutionnaires ont été publiés dans la première revue scientifique au monde La nature ce matin.

Internet est l'un des plus gros consommateurs d'électricité au monde. Avec une capacité de données devant doubler chaque année et l'infrastructure physique utilisée pour encoder et traiter les données atteignant ses limites, il y a une pression énorme pour trouver de nouvelles solutions pour augmenter la vitesse et la capacité d'Internet.

Les recherches du chercheur principal Dr Harald Schwefel et du Dr Madhuri Kumari ont trouvé une réponse. Ils ont créé un dispositif appelé peigne de fréquence optique à microrésonateur composé d'un petit disque de cristal. L'appareil transforme une seule couleur de lumière laser en un arc-en-ciel de 160 fréquences différentes - chaque faisceau est totalement synchronisé les uns avec les autres et parfaitement stable. Un tel appareil pourrait remplacer des centaines de lasers énergivores actuellement utilisés pour coder et envoyer des données dans le monde entier.

Le travail est né des recherches antérieures du Dr Schwefel au prestigieux Institut Max Planck en Allemagne et de sa collaboration avec le Dr Alfredo Rueda qui a effectué une partie des recherches préliminaires.

Internet est alimenté par des lasers. Chaque e-mail, les appels téléphoniques et la visite du site Web sont codés en données et envoyés dans le monde entier par lumière laser. Afin d'entasser plus de données sur une seule fibre optique, les informations sont divisées en différentes fréquences de lumière qui peuvent être transmises en parallèle.

Le Dr Kumari dit que l'infrastructure actuelle a du mal à faire face à la demande alors que la consommation d'Internet augmente considérablement.

"Les lasers n'émettent qu'une seule couleur à la fois. Cela signifie que, si votre application nécessite plusieurs couleurs différentes à la fois, vous avez besoin de nombreux lasers. Tous coûtent de l'argent et consomment de l'énergie. L'idée de ces nouveaux peignes de fréquence est que vous lancez une couleur dans le microrésonateur toute une gamme de nouvelles couleurs sort, " dit le Dr Kumari.

"C'est un programme d'économie d'énergie vraiment cool, " dit le Dr Schwefel, "Il remplace tout un rack de lasers par un petit appareil économe en énergie."

Il s'attend à ce que les appareils soient incorporés dans des stations d'atterrissage sous-océaniques où toutes les informations des fibres terrestres sont entassées dans les quelques fibres sous-océaniques disponibles en moins d'une décennie, peut-être dans quelques années.

"Pour développer l'appareil pour l'industrie des télécommunications, nous devrons commencer à travailler avec les grandes entreprises de télécommunications, " explique le Dr Schwefel. " Nous avons lancé le processus en collaborant avec une société de technologie optique basée en Nouvelle-Zélande. "

Cette percée est la première étape d'une collaboration financée par le gouvernement entre des scientifiques de l'Université d'Otago et de l'Université d'Auckland qui font partie du Centre Dodd-Walls pour les technologies quantiques et photoniques, une organisation virtuelle rassemblant les meilleurs chercheurs néo-zélandais travaillant dans les domaines. de la lumière et de la science quantique. Le projet de recherche a reçu près d'un million de dollars de fonds Marsden Fund pour développer et tester le potentiel des peignes de fréquence des microrésonateurs.

Les peignes de fréquence optique sont basés sur un effet optique très inhabituel qui se produit lorsque l'intensité de la lumière atteint des niveaux extrêmement élevés. Vous envoyez une seule couleur de lumière visible dans le disque de cristal avec un signal micro-ondes et parce que le disque de cristal est de si haute qualité, la lumière et le rayonnement micro-ondes sont piégés à l'intérieur. La lumière et le rayonnement micro-ondes continuent d'affluer et de rebondir à l'intérieur du cristal. Dans la plupart des situations, la lumière ne change jamais de couleur, mais dans ce cas, l'intensité devient si élevée que la lumière et le rayonnement micro-ondes commencent à fusionner et à créer des couleurs différentes. Le phénomène est connu sous le nom d'effet non linéaire et il a fallu de nombreuses années à l'équipe pour l'optimiser.

Le seul autre groupe au monde à fabriquer des appareils de qualité concurrente est une collaboration des universités de Harvard et de Stanford aux États-Unis, également publié dans ce mois-ci La nature , mais actuellement, les Drs Schwefel et Kumari détiennent le record de l'appareil le plus efficace. Essentiellement, cela signifie que leurs cristaux ne laissent pas échapper de lumière. L'astuce est d'avoir un cristal de très haute qualité. Le groupe de Harald est un expert mondial de la fabrication de disques de cristal dans son laboratoire de l'Université d'Otago.

Internet n'est qu'une des applications possibles des nouveaux peignes de fréquence optique. Une autre utilisation est la spectroscopie de haute précision - utilisant la lumière laser pour étudier et identifier la composition chimique, propriétés et structure des matériaux, y compris les maladies, explosifs et produits chimiques. La prochaine mission du Dr Kumari sera d'explorer cette application parmi d'autres possibilités.

"C'est un projet très très excitant sur lequel travailler, " explique le Dr Kumari. " Les peignes de fréquence optique ont littéralement révolutionné tous les domaines d'application qu'ils ont touchés. Vous pouvez les utiliser pour la spectroscopie vibrationnelle, mesure de distance, télécommunications. J'ai hâte de voir comment nous pouvons utiliser les nôtres."