Les physiciens détectent les ondes radio avec la lumière

La détection de signaux radio faibles est un problème omniprésent dans le monde moderne. Tout, de l'imagerie RMN à la radioastronomie en passant par la navigation et la communication, dépend de la captation de faibles signaux radio qui auraient été indétectables il y a quelques décennies à peine.

C'est pourquoi de nombreux groupes s'efforcent de trouver de meilleurs moyens de repérer ces signaux et de les traiter à l'aide de techniques de pointe.

Aujourd'hui, Tolga Bagci de l'Université de Copenhague au Danemark et un groupe de copains font la démonstration d'un appareil qui détecte les ondes radio ultra-faibles d'une toute nouvelle manière. Leur nouvelle boîte à astuces convertit les ondes radio en signaux lumineux, qui peuvent ensuite être transmis et analysés à l'aide d'outils optiques standard. Notre travail introduit une toute nouvelle approche de la détection tout optique à très faible bruit des signaux électroniques classiques, disent-ils.

La nouvelle approche est simple dans son principe. Leur dispositif se compose d'une fine membrane de nitrure de silicium recouverte d'une couche d'aluminium semblable à un miroir. Cette nanomembrane est suspendue au-dessus d'une électrode formant un condensateur qui fait lui-même partie d'un circuit LC standard qui capte les ondes radio à sa fréquence de résonance.

Lorsque cela se produit, le circuit résonant fait vibrer la nanomembrane.

L'astuce que Bagci et co ont réussi à faire rebondir un faisceau laser sur la nanomembrane provoquant un déphasage optique qu'ils mesurent ensuite à l'aide de techniques optiques standard.

Le résultat est que la nanomembrane convertit les faibles ondes radio qu'elle capte en signaux optiques.

Cette approche présente des avantages significatifs par rapport aux récepteurs radio traditionnels. Le gros problème avec les méthodes actuelles de détection des ondes radio faibles est que le bruit généré par la chaleur peut submerger le signal. Le seul moyen de contourner ce problème est de refroidir l'équipement de détection, un processus qui augmente considérablement la complexité, la taille et le coût du travail.

Le gros avantage de la conversion des signaux radio en une vibration mécanique résonante est que l'effet aléatoire de la chaleur devient négligeable. C'est la beauté des systèmes résonants. Ainsi, la lumière réfléchie capte le signal radio avec peu de bruit qui submerge les récepteurs radio conventionnels.

Les chiffres sont impressionnants. Le nouvel appareil a une sensibilité à la température ambiante de 5 picoVolts par (Hz)^1/2 à une fréquence de 1 Mhz. En d'autres termes, il fait le même travail à température ambiante que les physiciens ne pouvaient que rêver de faire à la température de l'hélium liquide.

Et ce n'est qu'une démonstration de principe. Il a le potentiel de s'améliorer encore avec un peu d'optimisation

Cela est susceptible d'avoir un impact significatif dans un certain nombre de domaines qui s'appuient sur des amplificateurs refroidis pour capter les signaux radio faibles. Par exemple, l'imagerie par résonance magnétique nucléaire repose sur la détection de faibles signaux radio générés par des protons précessant dans un champ magnétique. Et les radioastronomes s'appuient sur des amplificateurs refroidis pour capter les signaux radio les plus faibles du cosmos. Les préamplificateurs refroidis cryogéniquement habituellement requis pourraient être remplacés par notre transducteur, disons Bagci and co.

Cela devrait simplifier considérablement ce genre de travail. À plus long terme, il n'y a aucune raison pour que ce type d'approche n'ait pas une application encore plus large, peut-être pour la communication par téléphone mobile ordinaire et pour la navigation. La capacité de détecter des signaux plus faibles pourrait rendre ces appareils plus petits et moins gourmands en énergie.

Et qui n'a pas besoin d'un équipement plus petit et moins gourmand en énergie ?

Réf : arxiv.org/abs/1307.3467 : Détection optique d'ondes radio grâce à un transducteur nanomécanique

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