Des chercheurs de Michigan Tech ont cartographié une réponse magnéto-optique réduisant le bruit qui se produit dans les communications par fibre optique, ouvrir la porte aux nouvelles technologies des matériaux.

Les signaux optiques produits par les sources laser sont largement utilisés dans les communications par fibre optique, qui fonctionnent en pulsant des informations conditionnées sous forme de lumière à travers des câbles, même à grande distance, d'un émetteur à un récepteur. Grâce à cette technologie, il est possible de transmettre des conversations téléphoniques, messages Internet, et des images de télévision par câble. Le grand avantage de cette technologie par rapport à la transmission de signaux électriques est sa bande passante, à savoir, la quantité d'informations qui peuvent être diffusées.

De nouvelles recherches issues d'une collaboration entre l'Université technologique du Michigan et le Laboratoire national d'Argonne améliorent encore le traitement du signal optique, ce qui pourrait conduire à la fabrication de dispositifs à fibre optique encore plus petits.

L'article, dévoilant un mécanisme inattendu de non-réciprocité optique développé par le groupe de recherche de Miguel Levy, professeur de physique à Michigan Tech—a été publié dans la revue Optique . "Boosting Optical Nonreciprocity:Surface Reconstruction in Iron Garnets" explique les origines quantiques et cristallographiques d'un nouvel effet de surface en optique non réciproque qui améliore le traitement des signaux optiques.

Signaux optiques silencieux

Un composant optique appelé isolateur magnéto-optique apparaît omniprésent dans ces circuits optiques. Sa fonction est de protéger la source laser - l'endroit où la lumière est générée avant la transmission - de la lumière indésirable qui pourrait être réfléchie en aval. Une telle lumière entrant dans la cavité laser met en danger le signal transmis car elle crée l'équivalent optique du bruit.

« Les isolateurs optiques fonctionnent sur un principe très simple :la lumière allant vers l'avant est autorisée à passer ; la lumière allant vers l'arrière est arrêtée, " Levy a déclaré. "Cela semble violer un principe physique appelé symétrie d'inversion du temps. Les lois de la physique disent que si vous inversez le sens du temps, si vous reculez dans le temps, vous vous retrouvez exactement là où vous avez commencé. Par conséquent, la lumière qui revient devrait se retrouver à l'intérieur du laser. Mais ce n'est pas le cas. Les isolateurs réalisent cet exploit en étant magnétisés. Les pôles magnétiques nord et sud de l'appareil ne changent pas de place pour que la lumière revienne. Ainsi, les directions avant et arrière sont en fait différentes de la lumière de voyage. Ce phénomène est appelé non-réciprocité optique, " il a dit.

Pour le microscope électronique à transmission à balayage (STEM) Titan Themis FEI 200kV de Michigan Tech (l'un des deux seuls Titans de l'État du Michigan), tout le monde est une scène.

Les isolateurs optiques doivent être miniaturisés pour une intégration sur puce dans des circuits optiques, un processus similaire à l'intégration de transistors dans des puces informatiques. Mais cette intégration nécessite le développement de technologies de matériaux capables de produire des isolateurs optiques plus efficaces que ceux actuellement disponibles.

Des travaux récents du groupe de recherche de Levy ont démontré une amélioration de l'ordre de grandeur de l'effet physique responsable du fonctionnement de l'isolateur. Cette trouvaille, observable dans des films de grenat de fer à l'échelle nanométrique, ouvre la possibilité d'appareils beaucoup plus petits. Le développement de la technologie des nouveaux matériaux de cet effet dépend de la compréhension de sa base quantique.

Les conclusions du groupe de recherche fournissent précisément ce type de compréhension. Ce travail a été réalisé en collaboration avec l'étudiante diplômée en physique Sushree Dash, L'ingénieur du personnel du Laboratoire d'analyse chimique et morphologique appliquée Pinaki Mukherjee et les scientifiques du personnel du Laboratoire national d'Argonne Daniel Haskel et Richard Rosenberg.

L'article d'Optica explique le rôle de la surface dans les transitions électroniques responsables de la réponse magnéto-optique améliorée observée. Ceux-ci ont été observés à l'aide de la source avancée de photons d'Argonne. La cartographie de la reconstruction de surface sous-jacente à ces effets a été rendue possible grâce au microscope électronique à transmission à balayage de pointe acquis par Michigan Tech il y a deux ans. La nouvelle compréhension de la réponse magnéto-optique fournit un outil puissant pour le développement ultérieur de technologies de matériaux améliorées afin de faire progresser l'intégration de dispositifs non réciproques dans les circuits optiques.