Les micro-peignes ont des domaines d'application très différents - ils peuvent nous aider à découvrir des planètes en dehors de notre système solaire ainsi qu'à suivre les maladies dans notre corps. De nouveaux résultats de recherche à l'Université de technologie de Chalmers, en Suède, permettent désormais de mieux comprendre le fonctionnement de la largeur de ligne dans les peignes, ce qui permettra, entre autres, des mesures encore plus précises à l'avenir. Et la découverte a été faite presque par hasard.

Une règle faite de lumière est la description simplifiée d'un micropeigne. En bref, le principe repose sur un laser envoyant de la lumière qui circule à l'intérieur d'une petite cavité, appelée microrésonateur. Là, la lumière est divisée en une variété de couleurs ou de fréquences. Les fréquences sont localisées avec précision, comme les marques sur une règle.

Aujourd'hui, pratiquement toutes les mesures optiques peuvent être liées aux fréquences lumineuses, ce qui donne aux micropeignes une pléthore de domaines d'application différents, allant de l'étalonnage d'instruments qui mesurent des signaux à des distances d'années-lumière, à l'identification et au suivi de notre santé via l'air qui nous expirons.

Nouvelles informations sur les lignes du peigne de fréquence

"Les peignes de fréquences laser ont révolutionné la recherche qui s'appuie sur la métrologie des fréquences", déclare Victor Torres Company, professeur au Département de microtechnologie et de nanosciences, MC2, à l'Université de technologie de Chalmers.

Une question clé lorsque vous travaillez avec des micropeignes est de savoir à quel point les lignes de peigne de fréquence sont étroites. L'opinion dominante jusqu'à il y a quelques années était que les lignes ne peuvent pas être plus étroites que la lumière d'entrée du laser. Lorsque les chercheurs ont commencé à examiner cela plus en profondeur, ils ont découvert que les lignes situées plus loin du laser sont un peu plus larges que les lignes situées au centre. Les sources de bruit dans le micro-résonateur ont été considérées comme la raison de cela.

Lorsque Fuchuan Lei, chercheur au MC2, a testé ces théories et mené des expériences avec des dispositifs fabriqués dans les installations du laboratoire de nanofabrication MC2, il a découvert que certaines des lignes étaient en fait plus étroites que la lumière de la source laser elle-même. Il a tracé toutes les sources de bruit qui peuvent influencer la largeur ou la pureté des lignes, a répété les expériences et a continué à recevoir le même résultat.

Une nouvelle théorie en place

"Nous n'avons pas compris pourquoi, mais sur la base de ces résultats, nous avons développé un modèle théorique qui expliquait ce qui s'était passé, effectué des simulations et confirmé par des expériences que notre modèle était correct", explique Victor Torres Company. "Auparavant, il n'était pas clair comment les différents mécanismes de bruit affecteraient la largeur de ligne des lignes de peigne dans le microcomb."

"Au début, nous pensions que quelque chose n'allait pas, mais une fois notre théorie en place, tout était clair", explique Fuchuan Lei.

L'étroitesse des marques dans un micropeigne a une grande importance dans la façon dont il peut être utilisé. Un micropeigne avec des marquages ​​étroitement placés permet des mesures encore plus précises, et c'est pourquoi comprendre pourquoi les lignes sont plus étroites est un problème clé dans le développement des micropeignes. Victor Torres Company le compare à des règles faites de différents types de matériaux.

Possibilité de mesurer plus précisément

"Imaginez que vous dessiniez des marqueurs avec de la craie plutôt que si vous le faisiez avec un crayon. Vous pouvez définir une grille, vous pouvez définir l'espacement, mais avec un crayon, vous pouvez mesurer plus précisément car vous avez alors votre règle très bien- marques définies », dit-il.

Ce qui était à l'origine une curiosité intéressante découverte par les chercheurs, est venu révéler les mécanismes physiques de ce qui fait varier la largeur des lignes dans le microcomb.

"Grâce à nos recherches et à nos publications, ceux qui travaillent à la conception de ce type d'appareils comprendront comment les différentes sources de bruit affectent les différents paramètres et les performances du microcomb", déclare la société Victor Torres.

L'article, "Optical linewidth of soliton microcombs", a été publié dans Nature Communications . + Explorer plus loin

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