Des chercheurs ont fait une percée dans le contrôle des lasers à cascade quantique térahertz, ce qui pourrait conduire à la transmission de données à un débit de 100 gigabits par seconde, environ mille fois plus rapide qu'un Ethernet rapide fonctionnant à 100 mégabits par seconde.

Ce qui distingue les lasers à cascade quantique térahertz des autres lasers, c'est le fait qu'ils émettent de la lumière dans la gamme térahertz du spectre électromagnétique. Ils ont des applications dans le domaine de la spectroscopie où ils sont utilisés en analyse chimique.

Les lasers pourraient aussi à terme fournir des ultra-rapides, des liaisons sans fil à court saut où de grands ensembles de données doivent être transférés entre les campus hospitaliers ou entre les installations de recherche des universités, ou dans les communications par satellite.

Pour pouvoir envoyer des données à ces vitesses accrues, les lasers doivent être modulés très rapidement :allumage et extinction ou impulsions environ 100 milliards de fois par seconde.

Les ingénieurs et les scientifiques n'ont jusqu'à présent pas réussi à développer un moyen d'y parvenir.

Une équipe de recherche de l'Université de Leeds et de l'Université de Nottingham pense avoir trouvé un moyen de fournir une modulation ultra-rapide, en combinant la puissance des ondes acoustiques et lumineuses. Ils ont publié leurs conclusions aujourd'hui dans Communication Nature .

John Cunningham, Professeur de nanoélectronique à Leeds, a déclaré :« C'est une recherche passionnante. Pour le moment, le système de modulation d'un laser à cascade quantique est piloté électriquement, mais ce système a des limites.

"Ironiquement, la même électronique qui délivre la modulation met généralement un frein à la vitesse de la modulation. Le mécanisme que nous développons repose plutôt sur des ondes acoustiques."

Un laser à cascade quantique est très efficace. Lorsqu'un électron traverse le composant optique du laser, il traverse une série de «puits quantiques» où le niveau d'énergie de l'électron chute et un photon ou une impulsion d'énergie lumineuse est émis.

Un électron est capable d'émettre plusieurs photons. C'est ce processus qui est contrôlé pendant la modulation.

Au lieu d'utiliser de l'électronique externe, les équipes de chercheurs des universités de Leeds et de Nottingham ont utilisé des ondes acoustiques pour faire vibrer les puits quantiques à l'intérieur du laser à cascade quantique.

Les ondes acoustiques ont été générées par l'impact d'une impulsion d'un autre laser sur un film d'aluminium. Cela a provoqué l'expansion et la contraction du film, envoyer une onde mécanique à travers le laser à cascade quantique.

Tony Kent, Le professeur de physique à Nottingham a dit :« Essentiellement, ce que nous avons fait, c'est utiliser l'onde acoustique pour secouer les états électroniques complexes à l'intérieur du laser à cascade quantique. Nous avons alors pu voir que son flux lumineux térahertz était modifié par l'onde acoustique."

Le professeur Cunningham a ajouté:"Nous n'avons pas atteint une situation où nous pourrions arrêter et démarrer complètement le flux, mais nous avons pu contrôler le flux lumineux de quelques pour cent, ce qui est un bon début.

"Nous pensons qu'avec un raffinement supplémentaire, nous pourrons développer un nouveau mécanisme de contrôle complet des émissions de photons du laser, et peut-être même intégrer des structures génératrices de son avec le laser térahertz, de sorte qu'aucune source sonore externe n'est nécessaire."

Le professeur Kent a déclaré:"Ce résultat ouvre un nouveau domaine pour la physique et l'ingénierie pour se réunir dans l'exploration de l'interaction des ondes sonores et lumineuses térahertz, qui pourraient avoir de réelles applications technologiques."