Les signaux hyperfréquences à faible bruit sont d'une importance critique dans de nombreuses applications telles que les télécommunications à grande vitesse et le traitement de données ultrarapide. Classiquement, de tels signaux sont générés avec des oscillateurs micro-ondes encombrants et délicats qui ne conviennent pas aux applications extérieures. Mais récemment, les physiciens ont exploré une alternative possible :la génération de micro-ondes de haute qualité à l'aide de peignes de fréquence de microrésonateurs optiques.

S'appuyant sur la haute fréquence optique et la pureté spectrale des champs laser, les microrésonateurs optiques peuvent générer des micro-ondes à faible bruit de manière compacte et efficace. Mais un microrésonateur ne peut généralement générer que des micro-ondes avec une accordabilité de fréquence très limitée. La raison en est que la fréquence micro-onde dépend de la taille du résonateur, qui n'est pas lui-même hautement accordable.

Publication dans Avancées scientifiques , chercheurs du laboratoire de Tobias Kippenberg à l'EPFL, Trinity College Dublin (TCD), et Dublin City University (DCU) ont maintenant développé une nouvelle technique pour générer des micro-ondes variables à faible bruit avec un seul microrésonateur optique.

L'approche injecte un peigne de fréquence de microrésonateur dans un laser compact dont l'intensité est modulée par un oscillateur micro-ondes standard. En forçant la fréquence de modulation à suivre étroitement une fréquence sous-harmonique de la micro-onde produite par le peigne de fréquence du microrésonateur, l'équipe a réussi à générer de nouvelles micro-ondes dont les fréquences peuvent varier considérablement.

En outre, les micro-ondes nouvellement générées présentent des niveaux de bruit de phase beaucoup plus faibles que ceux d'un oscillateur à peigne de fréquence à microrésonateur et d'oscillateurs micro-ondes du commerce. Ce mécanisme, appelé division de fréquence, est utilisé pour transférer la pureté de fréquence d'un signal optique dans le domaine des micro-ondes.

La technique développée permet le transfert de pureté spectrale entre différents signaux hyperfréquences. "Traditionnellement, exécuter une division de fréquence micro-onde parfaite de manière variable n'a pas été facile, " explique le Dr Wenle Weng, qui a dirigé l'étude. "Grâce au laser semi-conducteur à modulation rapide développé par nos collègues de TCD et DCU, maintenant, nous pouvons y parvenir en utilisant un photodétecteur à faible coût et un système de contrôle modéré. » Le laser à semi-conducteur génère également un peigne de fréquence secondaire avec des émissions spectrales plus densifiées qui peuvent être utiles dans de nombreuses applications spectroscopiques.

Les éléments clés dans la mise en place de l'expérience de preuve de concept, comprenant le microrésonateur et le laser à semi-conducteur, sont discrets et reliés par de longues fibres. L'équipe travaille maintenant sur l'intégration et le conditionnement avancé de l'appareil. Avec la capacité d'être miniaturisé et produit en série, un oscillateur micro-onde variable et un générateur de peigne de fréquence comme celui-ci peuvent révolutionner le marché actuel en plein essor des sources micro-ondes et peigne de fréquence portables à faible bruit.