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La lumière repousse la lumière
Démontrant un phénomène optique fondamentalement nouveau, des chercheurs de l'Université de Yale ont montré la seconde moitié d'une force optique qui pourrait rendre les dispositifs photoniques au silicium, tels que ceux utilisés dans les communications à haut débit, les cartes réseau, même les câbles vidéo et TV, plus rapides et plus performants. .
Autoroute optique : Les chercheurs de Yale ont généré des forces optiques répulsives en divisant un seul faisceau de lumière de sorte que chaque moitié traverse une longueur différente de guide d'ondes. Étant donné qu'une moitié du faisceau voyageait plus loin que l'autre, ils arrivaient hors de phase dans la région centrale, ce qui faisait que les deux guides d'ondes se repoussaient. Lorsque les faisceaux lumineux étaient en phase, ils s'attiraient. Les deux formes triangulaires en bas sont les ports d'entrée et de sortie optiques.
Des résultats comme ceux-ci montrant de nouvelles façons de contrôler la lumière ne se présentent pas très souvent, dit Peintre d'Oskar , un chercheur en microphotonique à Caltech qui n'était pas impliqué dans le travail. Il y a une poussée pour faire plus avec les composants optiques, ajoute Painter, et les résultats du groupe Yale sont totalement nouveaux.
Les scientifiques ont émis l'hypothèse en 2005 que de minuscules faisceaux de lumière confinés sur une puce de silicium pourraient s'attirer ou se repousser lorsqu'ils sont placés à proximité immédiate, de la même manière que les forces électromagnétiques entre les charges positives et négatives. L'année dernière, un groupe dirigé par un professeur de l'Université de Yale Hong Tang a d'abord démontré le côté attractif de cette force optique. Maintenant, le groupe a démontré le deuxième côté de la force, la répulsion, qui rend ses effets réversibles.
Auparavant, déclare Mo Li, l'auteur principal de l'article publié dans Photonique de la nature , ils pouvaient tirer avec la force, mais ils ne pouvaient pas pousser. Désormais, les chercheurs peuvent faire les deux. L'accomplissement ouvre la possibilité d'utiliser la lumière pour manipuler la lumière dans des dispositifs microphotoniques, plutôt que d'utiliser des éléments mécaniques comme des microchauffeurs ou des cristaux optiques énergivores.
Bien que la force soit trop faible pour être utilisée à plus grande échelle - deux pointeurs laser ne pourraient pas s'attirer ou se repousser, par exemple - la force optique agit fortement à l'échelle microscopique, ce qui la rend idéale pour le contrôle ultra-rapide et entièrement optique de la nanomécanique. dispositifs, selon le professeur de mathématiques appliquées du MIT Steven Johnson . En particulier, Johnson souligne l'importance de pouvoir basculer entre les forces optiques attractives et répulsives, ce qui n'a jamais été démontré expérimentalement auparavant.
L'exploitation de la force optique devrait permettre un transfert de données plus rapide dans des applications telles que les télécommunications par fibre optique, où les informations peuvent être codées sur plusieurs longueurs d'onde de la lumière et accélérées via un seul câble à fibre optique dans un processus appelé multiplexage par répartition en longueur d'onde. Ce processus nécessite actuellement de convertir des signaux optiques en signaux électriques pour la modulation ou l'amplification, puis de les reconvertir en signaux optiques et de les envoyer sur leur chemin. L'utilisation de la lumière pour manipuler le signal optique pourrait éliminer le besoin d'aires de repos électriques le long de l'autoroute à fibre optique. Si vous pouvez transférer directement de la lumière à la lumière, dit Li, ce sera moins cher et plus rapide.
Un autre problème avec le multiplexage optique actuel est que les dispositifs qui font fonctionner le processus sont relativement volumineux - occupant un espace de premier ordre sur des plaquettes de silicium - et ils doivent être conçus avec des microchauffeurs stratégiquement placés, qui utilisent des changements de température pour régler chaque longueur d'onde de lumière. juste à droite. De tels appareils sont lents et peuvent provoquer des interférences. D'autres techniques de manipulation de la lumière utilisent des matériaux cristallins spéciaux qui réagissent à la lumière de haute intensité pour modifier les propriétés matérielles des dispositifs photoniques.
Animation suspendue: Les chercheurs ont suspendu deux guides d'ondes (les câbles bleus horizontaux) pour leur permettre de se déplacer librement sous l'influence des forces optiques attractives et répulsives. Les structures bleues verticales sont des supports de guides d'ondes à cristaux photoniques.
L'approche du groupe Yale démontre la possibilité de manipuler un faisceau de lumière avec un autre, directement sur la puce, sans avoir besoin de radiateurs lents et encombrants ou de cristaux externes. Et en raison de leur capacité à exploiter à la fois les forces positives et négatives, ils peuvent désormais doubler efficacement la plage de contrôle des circuits photoniques.
Le groupe a utilisé deux guides d'ondes identiques - les équivalents optiques des fils électroniques, enfermant les faisceaux lumineux les traversant - et les a suspendus dans une région de couplage centrale pour leur permettre de se déplacer librement sous l'influence de la force optique. Ensuite, les chercheurs ont envoyé un faisceau de lumière laser, l'ont divisé en deux et ont forcé une moitié sur un chemin plus long que l'autre. Lorsque les deux moitiés de lumière se sont recombinées, elles étaient déphasées parce qu'elles avaient parcouru des longueurs de chemin différentes. Les chercheurs ont découvert que lorsque les faisceaux lumineux étaient déphasés, leurs guides d'ondes se repoussaient, mais lorsque la lumière était en phase, les guides d'ondes se rapprochaient. Parce qu'ils pouvaient changer la différence de phase entre les faisceaux simplement en ajustant la longueur d'onde de la lumière laser d'entrée, les chercheurs se sont retrouvés avec un nouveau bouton pour contrôler la force optique en une étape très simple.
Bien qu'ils n'aient pas transféré d'informations ni même allumé et éteint les interrupteurs, le groupe a réussi à démontrer l'existence et le basculement facile entre les deux côtés de la force. Leurs prochaines étapes, dit Tang, seront de construire des circuits plus complexes et d'améliorer l'efficacité de leur technique. Ils essaieront également de rendre la force plus forte. Plus la force est grande, mieux c'est, dit Tang.
L'avantage du travail de Yale, selon Caltech's Painter, est que les chercheurs ont démontré les forces utilisées pour la commutation, mais ils l'ont également fait dans un système au silicium. Cela est prometteur pour une intégration future avec des structures microélectroniques déjà traitées sur des puces de silicium. Avec la possibilité de contrôler les forces directement sur la puce, des fonctionnalités clés seraient ajoutées à la boîte à outils de microphotonique sur silicium. L'objectif ultime serait des commutateurs et des dispositifs entièrement optiques, tels qu'un bus optique qui transfère des informations via un processeur sans aucune pièce électronique.