Un seul laser est tiré à travers un peigne microscopique, qui se divise en un arc-en-ciel de couleurs. Tout se passe de manière très contrôlée sur un minuscule résonateur photonique, et pourrait ouvrir la voie à des horloges plus précises, la découverte d'exoplanètes et de systèmes GPS améliorés.

Les chercheurs ont développé la première puce du genre, utilisant ce que l'on appelle l'effet Pockels, dans le laboratoire de Hong Tang, le Llewellyn West Jones, Professeur junior de génie électrique, Physique appliquée et physique. Les résultats de leurs travaux sont publiés dans Photonique de la nature .

"Ce travail dévoile un nouveau processus physique pour produire des peignes de fréquence, ", a déclaré Tang. "Nous exploitons un matériau photonique avec une structure cristalline à rupture de symétrie - ce type de matériau de Pockels offre une non-linéarité optique plus forte que les matériaux classiquement utilisés."

La puce comporte un micropeigne, un dispositif optique extrêmement petit qui convertit la couleur unique d'un laser en une gamme de couleurs régulièrement espacées, un effet important pour des applications telles que la spectroscopie. Traditionnellement, cela se fait avec ce que l'on appelle les microcombes Kerr, qui sont efficaces mais nécessitent beaucoup de puissance. Scientifiques, bien que, ont longtemps été intrigués par la possibilité d'utiliser des micropeignes basées sur l'effet Pockels pour augmenter la puissance, et ont finalement pu le faire il y a environ 10 ans dans de grandes cavités d'environ un demi-mètre de long. La différence entre les deux est que le laser dans un peigne Kerr intensifie les couleurs des lasers pour faire un peigne, tandis que le peigne de Pockels est créé lorsque le laser double et divise à plusieurs reprises sa fréquence, qui détermine sa couleur. Alors que le micropeigne Pockels a un effet beaucoup plus fort, c'est aussi très difficile à contrôler.

Une façon de prendre le contrôle est d'utiliser un soliton, une onde solitaire qui se déplace de manière cohérente et sans perte d'énergie. Les solitons peuvent se produire dans la nature, comme dans l'eau (ils ont été observés pour la première fois sur un pont en Écosse par un ingénieur écossais du XIXe siècle qui a observé une seule vague voyager sur des kilomètres). Ils se produisent aussi avec la lumière, et, comme le promettent les lois de la physique, serait essentiel pour contrôler les lasers créés par le micropeigne de Pockels. En faire travailler un avec un micropeigne, bien que, était depuis longtemps insaisissable pour les scientifiques.

"Sans le soliton, c'est juste un tas de lasers qui font tous leur propre truc - c'est comme essayer de rassembler des chats, " a déclaré Alex Bruch, auteur principal de l'étude et ancien Ph.D. étudiant dans le laboratoire de Tang. Avec l'état soliton, bien que, c'est comme un corps d'armée bien entraîné qui peut marcher de façon ordonnée et combiner ses forces. "" Il est incroyablement difficile de faire de la vraie science avec une source de lumière qui change au hasard sur vous. Le soliton est super car il fait un joli, impulsion optique prévisible que vous pouvez utiliser pour presque toutes les applications que vous souhaitez. Les gens ont pensé que cela devrait exister depuis longtemps, mais il était très difficile d'en fabriquer un ou d'en observer un dans un laboratoire. Ce qui est vraiment important à propos de notre papier, c'est que c'est la première fois que nous pouvons faire fonctionner ce soliton."

Le laboratoire Tang est le premier à fabriquer un soliton de Pockels à l'échelle microscopique, et une grande partie de leur succès est due à la petite échelle dans laquelle ils travaillaient. En règle générale, un tel appareil prend la place d'une petite boîte à chaussures. Mais le laboratoire de Tang est spécialisé dans la nanophotonique, dans lequel tout est considérablement réduit. Ils utilisent une technique de microfabrication qui leur permet de projeter la lumière sur la puce et plusieurs couleurs sont générées dans un anneau ne dépassant pas la largeur d'un cheveu humain.

« Nous pouvons tout contrôler très bien sur une petite puce :la température, la géométrie - et il s'avère qu'en rétrécissant tout, vous avez également amélioré la physique parce que vous forcez toutes ces ondes à interagir les unes avec les autres dans un tout petit espace, "", a déclaré Bruch.

Non seulement l'effet était plus fort, mais c'était aussi beaucoup plus efficace que d'utiliser le micropeigne Kerr traditionnel. Un micropeigne Kerr atteint généralement un taux de conversion d'environ 2-3%, tandis que leur micropeigne Pockels – au premier essai – a atteint 17%.

Bruch a déclaré qu'ils prévoyaient de tirer parti de cette recherche en trouvant des moyens d'élargir la bande passante, c'est-à-dire le nombre de couleurs générées par le laser.