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Les solitons de cavité actifs: une nouvelle piste pour mesurer les ondes lumineuses

Publié le 10 mai 2021 Mis à jour le 11 mai 2021

Une équipe scientifique met en évidence l’existence de nouveaux solitons de cavité ultra-stables et de hautes puissances. Ce nouveau type d’impulsion, hybrides et universelles pourraient permettre des avancées majeures dans de nombreux domaines tels que les horloges de haute précision.

Contrairement aux oscillations des ondes sonores, les oscillations de la lumière sont si rapides qu’un appareillage extrêmement complexe est nécessaire pour pouvoir directement les observer. Il est cependant possible indirectement de mesurer précisément les fréquences de ces oscillations grâce aux peignes de fréquences. Ces peignes sont composés d’un ensemble de « dents » espacées régulièrement où chaque dent correspond à une fréquence. Utilisés comme de véritables règles graduées, ils offrent la possibilité de mesurer avec une très grande précision une fréquence optique. Cela permet, entre autres, de mesurer les variations de la distance Terre-Lune avec une précision équivalente à la taille d’un cheveu !

On peut montrer que le signal temporel qui correspond à un peigne de fréquences est constitué d’une succession régulière d’impulsions lumineuses, appelé train d’impulsion. Ces impulsions sont ultra-courtes et ont une durée d’un millionième de milliardième de seconde, voire moins !

Il existe actuellement deux grandes méthodes pour générer un train d’impulsion soit via un laser à impulsions (très variable) soit via une cavité optique passive (peu puissante). Or, pour certaines applications (LiDAR), il est nécessaire d’avoir un train d’impulsions à la fois énergétique et ultra-stable.

Des recherches récentes réalisées par le Laboratoire OPERA-Photonique - École polytechnique de Bruxelles - publiées dans la revue Nature Photonics, montrent l’existence de nouveaux solitons de cavité ultra-stables et de hautes puissances : les solitons de cavité actifs.

Ce nouveau type de soliton universel et hybride pourrait déclencher de nombreuses expériences sur différentes plates-formes, en particulier dans le domaine de l’optique intégré où les résonateurs passifs ont le monopole, mais où les applications en dehors des laboratoires tardent à apparaître. Ce nouveau concept ne se limite pas à la génération de solitons. Grâce à cette nouvelle cavité hybride, des composants induisant beaucoup de pertes (cristal, fibre particulière, …) peuvent maintenant être placés dans un résonateur, ouvrant la voie à l’étude de phénomènes jusqu'à présent inaccessibles expérimentalement. L’invention fait l’objet d’une demande de brevet déposée au nom de l’ULB.

Contact
Communication Recherche : com.recherche@ulb.ac.be