Denis Meyer

Peignes de fréquence pour mesurer des oscillations lumineuses

14 février 2017, 17:00
Des micro-résonateurs en nitrure de silicium sur un puce reliés à une fibre optique © Victor Brasch/Erwan Lucas/EPFL
Des micro-résonateurs en nitrure de silicium sur un puce reliés à une fibre optique © Victor Brasch/Erwan Lucas/EPFL
Un outil compact et de haute précision pour compter et suivre les fréquences laser est susceptible d'améliorer les horloges atomiques et les appareils de transmission optique des données. Cependant, les ondes lumineuses oscillent des centaines de trillons de fois par seconde, une fréquence qu'il est impossible de mesurer directement. Les grosses sources de laser pulsé sont typiquement utilisées pour produire des « peignes de fréquence » qui peuvent relier le domaine optique aux fréquences radio et rendre ainsi possible un comptage des oscillations de la lumière.
Des scientifiques de l'EPFL ont trouvé le moyen de miniaturiser les peignes de fréquence. Leur dispositif a pu mesurer des oscillations lumineuses avec un précision de 12 chiffres.

Le laboratoire de Tobias J. Kippenberg à l'EPFL, a créé ce qui s'appelle un «peigne de fréquence auto-référencé». Il s'agit essentiellement d'une série de lignes spectrales espacées de façon dense, et dont l'espacement est identique et connu. Et parce qu'ils sont si bien définis, les peignes de fréquence optique peuvent être utilisés comme une «règle» pour mesurer la fréquence – ou la couleur – de n'importe quel rayon laser. En comparant la couleur inconnue avec cette règle, il est possible de calculer sa fréquence.
Toutefois, cela implique une étape critique nommée auto-référencement, une méthode qui détermine la position exacte de chaque marque de la règle des fréquences, mais exige une très longue règle – une large bande spectrale, comme disent les scientifiques – ce qui est difficile à obtenir. L'approche de l'équipe a permis l'auto-référencement, tout en supprimant le besoin de systèmes externes volumineux traditionnellement utilisés pour étendre les fréquences.

Cette nouvelle technologie, décrite dans la revue Light: Science and Applicationsest susceptible de s'intégrer aussi bien avec des éléments photoniques qu'avec des microprocesseurs en silicium. Mettre en place des appareils qui offrent un lien entre fréquences radio et optique sur une puce peut ouvrir la voie à un grand nombre d'applications telles que des horloges atomiques intégrées et on-chip, et peut contribuer à diffuser largement la métrologie de fréquence optique.
 
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