Des scientifiques du DTU ont montré qu'un laser Fano, un nouveau type de laser microscopique, présente des avantages fondamentaux par rapport aux autres types de lasers. La découverte peut être importante pour de nombreuses applications futures, comme la photonique intégrée, interfaçage de l'électronique et de la photonique, et capteurs optiques.

Une part croissante de la consommation énergétique mondiale est consacrée aux technologies de l'information, et la photonique fonctionnant à des débits de données très élevés avec une énergie par bit ultra-faible a été identifiée comme une technologie clé pour permettre une croissance durable des demandes de capacité.

Cependant, les conceptions laser existantes ne peuvent pas simplement être réduites pour atteindre les objectifs des appareils intégrés de nouvelle génération, et des découvertes fondamentales dans le domaine de la nanophotonique sont donc nécessaires.

Soutenu par un Centre d'Excellence Villum, NATEC, un centre d'excellence DNRF nouvellement créé, NanoPhoton, et une ERC Advanced Grant, des scientifiques du DTU explorent la physique et les applications d'une nouvelle classe d'appareils photoniques utilisant un phénomène connu sous le nom d'interférence de Fano. Cet effet physique offre une opportunité pour réaliser des nanolasers ultrarapides et à faible bruit (appelés lasers de Fano), transistors optiques, et des dispositifs quantiques fonctionnant au niveau d'un seul photon.

Maintenant, les scientifiques du DTU ont montré que la cohérence d'un laser Fano peut être significativement améliorée par rapport aux lasers microscopiques existants. Le résultat a été publié dans Photonique de la nature .

"La cohérence d'un laser est une mesure de la pureté de la couleur de la lumière générée par le laser. Une cohérence plus élevée est essentielle à de nombreuses applications, telles que les communications sur puce, circuits intégrés photoniques programmables, sentir, technologie quantique, et l'informatique neuromorphique. Par exemple, les systèmes de communication optique cohérents transmettent et détectent des informations en utilisant la phase d'impulsions lumineuses, conduisant à une énorme capacité d'information », déclare Jesper Mørk, Professeur au DTU Fotonik et Responsable du Centre NATEC et NanoPhoton.

Jesper Mørk explique en outre :que « le laser Fano, avec une taille de quelques microns (un micron est un millième de millimètre), fonctionne dans un état optique inhabituel, un soi-disant état lié dans le continuum, induite par la résonance de Fano. L'existence d'un tel état a été identifiée pour la première fois par certains des premiers pionniers de la mécanique quantique, mais a échappé à l'observation expérimentale pendant de nombreuses années. Dans le journal, nous montrons que les caractéristiques d'un tel état lié dans le continuum peuvent être exploitées pour améliorer la cohérence du laser."

"L'observation est quelque peu surprenante, " ajoute l'auteur principal et chercheur principal au DTU Fotonik, Yi Yu, "puisqu'un état lié dans le continuum est beaucoup moins robuste que les états couramment utilisés dans les lasers. Nous montrons dans notre article, expérimentalement aussi bien que théoriquement, que les particularités de ce nouvel état peuvent être utilisées à bon escient."

Yi Yu poursuit que "pour atteindre l'objectif que nous avons développé, en collaboration avec le groupe du professeur Kresten Yvind au DTU Fotonik, une plateforme nanotechnologique avancée, appelée technologie d'hétérostructure enterrée. Cette technologie permet de réaliser de petits, des régions nanométriques de matière active, où a lieu la génération de lumière, tandis que la structure laser restante est passive. C'est la physique de la résonance de Fano combinée à cette technologie qui permet à terme la suppression du bruit quantique, conduisant à la cohérence mesurée la plus élevée pour les lasers microscopiques."

Cette nouvelle découverte pourrait conduire à l'utilisation de lasers Fano dans des circuits électroniques-photoniques intégrés, en particulier dans les nouvelles générations d'ordinateurs à grande vitesse. Dans les ordinateurs d'aujourd'hui, les signaux électriques sont utilisés pour les opérations logiques ainsi que pour la transmission de données entre différentes parties de l'ordinateur. Cependant, en raison des pertes ohmiques, beaucoup d'énergie est gaspillée dans la transmission. Le rôle principal du laser Fano sera de convertir les données électriques en signaux lumineux, qui sont ensuite transmises dans l'ordinateur presque sans perte - tout comme cela se fait aujourd'hui dans les fibres optiques sur Internet. La perspective à long terme est d'obtenir des puces informatiques beaucoup plus rapides avec une consommation d'énergie minimale.