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Transistor optique : des scientifiques contrôlent le flux de lumière

La propagation de la lumière est une question qui intrigue de nombreux scientifiques. Des chercheurs allemands de l'Institut Max Planck d'optique quantique (MPQ) et suisses de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont tenté de résoudre ce problème en essayant de comprendre comment faire passer de la lumière dans une puce au moyen de mesures optiques.

Présentés en ligne dans la revue Science, les résultats démontrent qu'une forme de transparence induite a permis le couplage rayonnement/pression de deux modes : optique et mécanique. Leurs travaux, soutenus par une subvention de démarrage du Conseil européen de la recherche (CER) et une subvention d'excellence Marie Curie, pourraient engendrer plusieurs applications en télécommunications et en technologies de l'information quantique.

Les chercheurs expliquaient qu'une transparence optomécanique peut être utilisée pour la décélération et le stockage sur puce de flux lumineux au travers d'ensembles optomécaniques microfabriqués. Menée par le professeur de l'EPFL, Tobias J. Kippenberg, l'équipe a découvert que l'interaction de la lumière (photons) et des vibrations mécaniques (phonons) permet de contrôler la transmission d'un faisceau lumineux à travers un micro-résonateur en verre par un deuxième rayon laser, plus puissant.

Les études antérieures n'étaient parvenues qu'à faire interagir un faisceau lumineux avec des vapeurs atomiques à travers une transparence électromagnétique (EIT), qui peut contrôler la transmission de la lumière. Malgré certains résultats intéressants, les scientifiques ont découvert que l'EIT possédait plusieurs limites dont la restriction de la lumière à des longueurs d'ondes correspondant aux résonances naturelles des atomes.

Pour les besoins de l'étude, l'équipe suisse-allemande a basé ses principes sur le couplage de photons à des oscillations mécaniques dans un micro-résonateur optique. Ils ont utilisé des méthodes de nanofabrication pour créer les appareils optomécaniques qui ont la capacité de capturer simultanément la lumière en orbite et agissent comme des oscillateurs mécaniques.

La pression de radiation, qui se produit lorsque les phonons exercent leur force, est libérée lorsque la lumière est couplée au résonateur. Les scientifiques utilisent cette force depuis des années pour capturer et refroidir des atomes, mais cela ne fait que cinq ans qu'ils ont commencé à reconnaître son potentiel pour contrôler les vibrations mécaniques à une échelle micro- et nanométrique. Ainsi est née l'optomécanique de cavité, un domaine de recherche qui se concentre sur l'unification de la photonique et de la micro- et de la nanomécanique.

L'équipe a découvert que la force de la pression de radiation est contenue dans le micro-résonateur optique et peut déformer la cavité, associant de manière effective la lumière aux vibrations mécaniques. Un second laser de "contrôle" peut être couplé au résonateur. Les chercheurs ont compris que la rencontre entre deux lasers produit une vibration au niveau de l'oscillateur mécanique, qui, à son tour, empêche le signal lumineux d'entrer dans le résonateur par un effet d'interférence optomécanique, ce qui produit une fenêtre de transparence pour le faisceau de signal.

Le docteur Schliesser de l'EPFL et du MPQ explique : "Nous savions depuis plus de deux ans que ce phénomène existe". Et Stefan Weis, travaillant également dans les deux institutions et l'un des principaux auteurs de l'article, de poursuivre : "Une fois que nous avons compris où regarder, le phénomène était là, limpide".

Ce nouvel effet nommé OMIT (Optomechanical Induced Transparency) par les chercheurs, ouvre de nouvelles voies dans le domaine de la photonique. Selon l'équipe, des développements supplémentaires basés sur OMIT permettraient de transformer un signal de photons en vibrations mécaniques (phonons), créant ainsi des tampons optiques pour augmenter le stockage d'informations optiques - ce qui constituerait un grand avantage pour les systèmes quantiques hybrides.

BE

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