Les appareils de mesure de la lumière appelés peignes de fréquence optique ont révolutionné la métrologie, la spectroscopie, les horloges atomiques et d'autres applications. Pourtant, les difficultés liées au développement de générateurs de peignes de fréquence à l'échelle d'une micropuce ont limité leur utilisation dans les technologies quotidiennes telles que l'électronique portative.
Dans une étude publiée dans Nature Communications , des chercheurs de l'Université de Rochester décrivent les nouveaux lasers à micropeigne qu'ils ont développés, qui surmontent les limitations précédentes et présentent une conception simple qui pourrait ouvrir la porte à un large éventail d'utilisations.
Les peignes de fréquence optique génèrent un spectre de lumière composé de plusieurs faisceaux cohérents, chacun accordé sur une fréquence ou une couleur différente, à des distances régulièrement espacées. La forme résultante ressemble aux dents d’un peigne à cheveux. Ces dernières années, les scientifiques ont travaillé à la création de versions miniaturisées de cette technologie, ou micropeignes, pouvant s'adapter à de petites puces.
Mais même si les scientifiques ont fait des progrès dans le prototypage des micropeignes, ils ont eu un succès limité pour produire des versions viables pouvant être appliquées dans des dispositifs pratiques. Les obstacles incluent une faible efficacité énergétique, une contrôlabilité limitée, des réponses mécaniques lentes et la nécessité d'une préconfiguration sophistiquée du système.
Une équipe de chercheurs dirigée par Qiang Lin, professeur au Département de génie électrique et informatique de Rochester et à l'Institut d'optique, a créé une approche unique pour résoudre ces défis dans un seul appareil.
Selon Jingwei Ling, titulaire d'un doctorat en génie électrique et informatique. étudiant dans le laboratoire de Lin et auteur principal de l'article, les approches précédentes reposent généralement sur un laser à longueur d'onde unique injecté dans un convertisseur non linéaire qui peut transférer la longueur d'onde unique en plusieurs longueurs d'onde, formant ainsi le peigne optique.
"Nous avons éliminé la longueur d'onde unique car cela dégraderait l'efficacité du système", explique Ling. "Au lieu de cela, tout le peigne lui-même est amplifié dans une boucle de rétroaction à l'intérieur du système, de sorte que toutes les longueurs d'onde sont réfléchies et améliorées à l'intérieur d'un seul élément."
La simplicité du laser à micropeigne « tout-en-un » se traduit par une consommation d'énergie réduite, des coûts réduits, une accordabilité élevée et un fonctionnement clé en main.
"Il est facile à utiliser", explique le co-auteur Zhengdong Gao, également titulaire d'un doctorat en génie électrique et informatique. étudiant dans le laboratoire de Lin. "Les méthodes précédentes rendent difficile l'excitation du peigne, mais avec cette méthode, il suffit d'allumer la source d'alimentation et nous pouvons contrôler le peigne directement."
Des obstacles subsistent pour la mise en œuvre de ces lasers à micropeigne, en particulier avec le développement de techniques de fabrication permettant de créer des composants aussi minuscules dans les tolérances nécessaires à la fabrication. Mais les chercheurs espèrent que leurs appareils pourront être utilisés pour des applications telles que les systèmes de télécommunications et la détection et la télémétrie de la lumière (LiDAR) pour les véhicules autonomes.
