Publié le 2 août 2019 Mis à jour le 2 août 2019

Quand on concentre la lumière dans un tout petit espace, l’énergie concentrée tente de s’échapper. Cet obstacle à la miniaturisation de certains résonateurs est aujourd’hui résolu par une équipe de la Faculté des Sciences.

Dans un article publié dans Physical Review Applied, Nirmalendu Acharyya et Gregory Kozyreff (Unité d’Optique Nonlinéaire Théorique, Faculté des Sciences) se penchent sur des résonateurs particuliers : les Whispering Gallery Mode (WGM).

Ces résonateurs se présentent sous forme de cavités circulaires, pouvant piéger la lumière pendant de très longues durées. Plus un photon circule longtemps dans une telle cavité, plus il peut interagir avec les atomes ou les molécules qu'elle contient. Les WGM sont donc idéaux pour la fabrication de lasers, de sources d'optique quantique ou de capteurs ultra-sensibles.

L’étude des chercheurs concerne la tendance naturelle qu'a la cavité de rayonner, et donc de perdre ses photons. Ce phénomène augmente de façon exponentielle à mesure que le volume de confinement de la lumière diminue. C’est donc un obstacle à la miniaturisation des WGM. À l'aide d'arguments analytiques et de simulations numériques, les chercheurs proposent un moyen simple de résoudre ce problème. Ils démontrent qu’encercler la cavité à l'aide de coques concentriques soigneusement dimensionnées permet de réduire presque totalement les pertes par rayonnement, tout en maintenant la lumière concentrée dans un petit volume. Ils parviennent ainsi, dans un exemple, à augmenter la durée de vie des photons d'un facteur 350 dans une cavité de seulement un micron de rayon.

En maintenant la qualité des résonateurs WGM tout en réduisant leur volume, les performances peuvent être améliorées de plusieurs ordres de grandeur. Ceci pourrait ouvrir la voie à de nouveaux territoires dans tous leurs domaines d'application.

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