En communication quantique ou en optique numérique, il est crucial de mesurer et contrôler la direction dans laquelle une onde lumineuse se propage. Grâce à une fibre de verre spéciale, munie de miroirs à ses deux extrémités, il est désormais possible, de manipuler la polarisation d'une onde laser continue. C'est une première !
Cet effet a été découvert par une équipe de chercheur-e-s de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière (Erlangen, Allemagne), en collaboration avec le CSEM et l'Université de Neuchâtel en Suisse, ainsi que des confrères du Royaume-Uni et d'Allemagne. Leur découverte a été publiée dans la prestigieuse revue Nature Communications.
Les scientifiques sont maintenant en mesure de modifier la polarisation d'une onde lumineuse continue qui se propage dans un plan en une onde qui oscille de manière circulaire – comme la forme d'un tire-bouchon. Cet effet est obtenu en envoyant une lumière laser infrarouge dans une fibre de verre en silice de deux mètres de long. A ses deux extrémités sont placés des miroirs spécifiques qui réfléchissent plus de 99% de la lumière ; ces miroirs sont constitués de fines couches de pentoxyde de tantale et de dioxyde de silicium produites par l'Université de Neuchâtel (Suisse). À titre indicatif : Un miroir standard de salle de bains n'a qu'une réflectivité d'environ 90%.
La lumière dans la fibre est piégée entre ces miroirs quasi parfaits et son comportement va évoluer : au-delà d'un certain seuil de puissance optique, la polarisation change de direction et la lumière se propage soit dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Les scientifiques sont en mesure de contrôler la direction en modulant la puissance de la lumière.
"Il est techniquement possible de miniaturiser nos structures et de les intégrer dans une puce optique", déclare Pascal Del'Haye, responsable du groupe de recherche en microphotonique au MPL.
Vue schématisée du changement de polarisation d'une onde plane en une onde circulaire. | © Max Planck Institute for the Science of Light
À l'avenir, un grand nombre de ces dispositifs pourraient être intégrés à une puce photonique afin de générer et de contrôler des états de polarisation complexes – pour les systèmes de télécommunication, par exemple. Par ailleurs, ces dispositifs sont aussi susceptibles de servir de capteurs ultra-sensibles et ainsi améliorer les performances des réseaux neuronaux optiques utilisés dans les applications d'intelligence artificielle ou des systèmes de traitement quantique de l'information.
Moroney, L. Del Bino, S. Zhang, M. T. M. Woodley, L. Hill, T. Wildi, V. J. Wittwer, T. Südmeyer, G.-L. Oppo, M. R. Vanner, V. Brasch, T. Herr, and P. Del’Haye: A Kerr Polarization Controller. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27933-x
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