Electronique Lightwave intégrée | Nouvelles du MIT

Les ondes lumineuses oscillent beaucoup plus vite que la plupart des capteurs ne peuvent répondre. Une cellule solaire, ou le photodétecteur infrarouge utilisé pour recevoir le signal de la télécommande de votre DVR, ne peut détecter que l’énergie totale fournie par la lumière – il ne peut pas capter les détails subtils du champ électrique à oscillation rapide dont la lumière se compose. . Essentiellement, tous les capteurs de lumière commerciaux souffrent du même problème: ils agissent comme un microphone qui peut dire qu’une foule de personnes hurle (ou chuchote), mais ne peut distinguer aucun des mots.

Cependant, au cours des dernières années, les scientifiques et les ingénieurs ont mis au point des techniques intelligentes pour détecter le champ lumineux lui-même, pas seulement l’énergie totale qu’il fournit. Ceci est difficile car la précision de synchronisation requise est si courte – juste quelques femtosecondes (une femtoseconde équivaut à un millionième de milliardième de seconde). En conséquence, l’appareil et les dépenses nécessaires pour ces techniques sont énormes, et ce travail a donc été limité à quelques laboratoires de recherche spécialisés. Ce qui est nécessaire pour permettre une application plus large de cette capacité est une approche compacte, fabriquable et facile à utiliser.

Dans un publication récente dans le journal Communications Nature, Yujia Yang, post-doctorant au MIT Research Laboratory of Electronics, et ses collaborateurs au MIT, à l’Université de Californie à Davis, au Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) et à l’Université de Hambourg en Allemagne ont démontré une micropuce avec des éléments de circuit à l’échelle nanométrique qui agissent comme des antennes pour collecter le champ électrique de la lumière oscillant à près de 1 quadrillion de fois par seconde. La puce est petite, autonome et ne nécessite que des composants électroniques peu coûteux pour la lecture.

Leurs travaux ont le potentiel de permettre de nouvelles applications dans «l’électronique à ondes lumineuses» pour le traitement de signaux à grande vitesse utilisant les formes d’onde de champ électrique d’impulsions optiques à quelques cycles. «Nous voyons une large gamme de nouveaux dispositifs optiques et électroniques qui pourraient être basés sur cette technologie», déclare Karl Berggren, professeur de génie électrique au MIT et co-auteur de l’ouvrage. “Par exemple, cette technique pourrait avoir un impact futur sur des applications telles que la détermination de la distance à des objets astronomiques éloignés, des horloges optiques essentielles à la technologie GPS et l’analyse chimique des gaz.”

Pour démontrer le fonctionnement de l’appareil, les chercheurs ont d’abord généré des impulsions optiques à l’aide d’un système laser spécialisé, conçu pour produire des impulsions lumineuses constituées de quelques cycles optiques. Ils ont fait briller la lumière sur une puce sur laquelle ils avaient fabriqué des centaines de minuscules antennes dessinées à partir d’un film d’or ultra-fin. Pour obtenir un signal électrique suffisamment fort, les antennes devaient avoir de petits espaces entre eux, chaque écart ne dépassant que 10 milliardièmes de mètre de large. Lorsque la lumière a traversé ces espaces étroits, elle a créé d’énormes champs électriques qui ont arraché les électrons d’une antenne, les ont tirés dans l’air et les ont déposés sur l’antenne suivante. Alors que chaque antenne à elle seule ne fournissait qu’un minuscule courant électrique, le signal total à travers le réseau était substantiel et pouvait facilement être mesuré.

L’auteur principal de l’article est Yujia Yang. L’équipe de recherche était dirigée par Donnie Keathley, chef de groupe et chercheur scientifique à RLE, travaillant avec les professeurs Karl Berggren du département de génie électrique et d’informatique, Franz Kärtner au Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) et l’Université de Hambourg en Allemagne et William Putnam de l’Université de Californie à Davis. Les autres co-auteurs sont Marco Turchetti, Praful Vasireddy, Oliver Karnbach et Alberto Nardi.

Le travail a été soutenu par l’US Air Force Office of Scientific Research, le Conseil européen de la recherche et le programme MIT-Hamburg PIER à DESY.

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