Une nouvelle avancée dans les fibres optiques : une interaction renforcée entre la lumière et le son
La transformation d’un liquide en solide est un phénomène bien connu dans la nature. Par exemple, la lave d’un volcan se refroidit et se solidifie en roche, tandis que l’eau d’un lac peut geler en glace lors d’un hiver froid. Ces changements de phase modifient des propriétés physiques essentielles, telles que la densité et l’indice de réfraction, influençant ainsi la manière dont le son et la lumière se propagent à travers ces matériaux.
Ce processus joue également un rôle crucial dans la fabrication de fibres optiques. Les préformes de verre sont chauffées jusqu’à ce que leur structure devienne suffisamment lâche pour être étirée en fibres extrêmement fines, permettant à la lumière de voyager à travers le cœur de la fibre et facilitant la transmission rapide d’informations sur de longues distances. Les fibres optiques sont devenues indispensables aux télécommunications modernes.
Des chercheurs du Max Planck Institute of the Science of Light (MPL) à Erlangen, de l’Université Leibniz de Hanovre (LUH) et de l’Institut Leibniz pour les technologies photoniques (IPHT) à Jena ont récemment exploré une nouvelle direction pour les fibres optiques à cœur liquide (LiCOF). En refroidissant le liquide à l’intérieur des fibres avec de l’azote à -196 °C, ils ont réussi à transformer le matériau du cœur en solide, sans empêcher la fibre de transmettre de la lumière.
Selon Simon Seiderer, l’un des auteurs principaux de l’étude, « la section congelée de la LiCOF conserve sa capacité à guider la lumière. De plus, tant la section liquide que la section congelée de la fibre guident également des ondes sonores hypersoniques. »
Cette recherche a mis en évidence une interaction particulièrement forte entre la lumière et le son à l’intérieur de la fibre congelée. Ce phénomène, connu sous le nom de diffusion Brillouin-Mandelstam, est déjà observé dans les fibres optiques conventionnelles. Cependant, le gel du cœur liquide crée un environnement exceptionnellement dense et confiné, rendant l’interaction entre lumière et son plus de 1 000 fois plus forte qu’avec des fibres optiques standards.
Cette augmentation significative a permis aux chercheurs de démontrer un stockage optoacoustique, un élément clé pouvant être utilisé dans le calcul neuromorphique photonique au sein des fibres. Cette méthode repose sur la différence de vitesse entre la lumière et le son, permettant de transférer des informations d’une onde lumineuse à une onde sonore plus lente, pour ensuite les reconvertir en lumière.
Grâce à l’interaction efficace entre lumière et son dans la LiCOF congelée, cette technologie pourrait offrir de nouvelles solutions pour réduire considérablement la consommation d’énergie des futurs systèmes de calcul photoniques.
Cette avancée s’appuie sur une collaboration de longue date avec les professeurs Markus Schmidt et Mario Chemnitz de l’IPHT Jena, pionniers dans la recherche sur les fibres optiques à cœur liquide. En ajoutant l’étape de congélation, les chercheurs ont pu réaliser des effets non linéaires beaucoup plus importants à l’intérieur de la fibre.
Prof. Dr. Birgit Stiller, qui dirige le projet, a déclaré : « En congelant le cœur liquide, nous avons créé une nouvelle plateforme physique offrant des non-linéarités extrêmes tout en étant facile à manipuler. La démonstration d’une mémoire optoacoustique hautement efficace est une première étape fantastique, mais ce niveau de couplage lumière-son ouvre également de nouvelles perspectives passionnantes pour le calcul neuromorphique, le traitement de l’information quantique, la photonique micro-onde et la détection de haute précision. »
Source : Max Planck Institute of the Science of Light.
