Les scientifiques ont développé un nouveau type de laser amplificateur qui peut transmettre des informations 10 fois plus rapidement que la technologie actuelle.
Les amplificateurs laser augmentent l’intensité des faisceaux lumineux. Cet amplificateur particulier atteint une augmentation dix fois de la vitesse de transmission en élargissant la bande passante, ou des longueurs d’onde de lumière, auxquelles les lasers peuvent transmettre des informations.
La quantité d’informations que nous générons et transmettons augmente chaque jour. En raison de la prolifération des services de streaming, des appareils intelligents et de l’IA génératrice, Nokia Bell Labs prédit dans leur Rapport de trafic réseau mondial que la quantité de trafic de données doublera d’ici 2030.
Les systèmes de télécommunications à base optique actuels transmettent des informations en envoyant des impulsions de lumière laser à travers des câbles à fibre optique, qui sont de minces brins de verre. La capacité – la quantité d’informations qui peuvent être transmises – est déterminée par la bande passante de l’amplificateur (les longueurs d’onde de la lumière qu’il peut amplifier). À mesure que le trafic de données augmente, la bande passante devient donc cruciale.
La plupart des lasers utilisés pour les télécommunications modernes, tels que les communications Internet, nécessitent un amplificateur. Ceux-ci fonctionnent par un processus appelé émission stimulée, qui utilise un photon entrant pour stimuler la libération d’un autre photon avec la même énergie et la même direction.
Les scientifiques ont maintenant conçu un nouveau type de technologie laser qui peut transmettre des informations à l’aide d’une technologie appelée amplification optique à haute efficacité. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 9 avril dans la revue Nature.
« Les amplificateurs actuellement utilisés dans les systèmes de communication optique ont une bande passante d’environ 30 nanomètres », auteur principal Peter Andreksonprofesseur de photonique à l’Université de technologie de Chalmers en Suède, dit dans un communiqué. « Notre amplificateur, cependant, possède une bande passante de 300 nanomètres, ce qui lui permet de transmettre dix fois plus de données par seconde que celles des systèmes existants. »
Le nouvel amplificateur est fait de nitrure de silicium, un matériau en céramique durci résistant aux températures élevées. L’amplificateur utilise des guides d’ondes en forme de spirale pour diriger efficacement les impulsions laser pour éliminer les anomalies du signal. La technologie a également été miniaturisée afin que plusieurs amplificateurs puissent s’adapter à une petite puce.
Les chercheurs ont choisi des guides d’ondes en spirale sur d’autres types de guides d’ondes car ils permettent de créer des chemins optiques plus longs dans une petite zone. Cela améliore les effets utiles tels que le mélange à quatre ondes, qui se produit lorsque deux fréquences optiques ou plus sont combinées ensemble pour amplifier la sortie avec un bruit minimal (interférence externe qui peut perturber la qualité du signal).
Parce que la vitesse de la lumière est constante, la lumière laser elle-même ne voyage pas plus rapidement que celle des lasers conventionnels. Cependant, la bande passante plus grande permet au nouvel amplificateur de transmettre 10 fois plus de données que les lasers conventionnels.
L’amplificateur fonctionne actuellement dans une gamme de longueurs d’onde de 1 400 à 1 700 nanomètres, ce qui se situe dans la plage infrarouge à ondes courtes. La prochaine étape de la recherche sera de voir comment elle fonctionne sur d’autres longueurs d’onde, telles que celles pour la lumière visible (400 à 700 nanomètres) et une gamme plus large de lumière infrarouge (2 000 à 4 000 nanomètres).
Le nouvel amplificateur a plusieurs applications potentielles, notamment l’imagerie médicale, l’holographie, la spectroscopie et la microscopie, selon le communiqué. La miniaturisation de la technologie pourrait également rendre les lasers pour des applications à base de lumière plus petites et plus abordables.
« Des ajustements mineurs à la conception permettraient également de l’amplification de la lumière visible et infrarouge », a déclaré Andrekson. « Cela signifie que l’amplificateur pourrait être utilisé dans les systèmes laser pour les diagnostics médicaux, l’analyse et le traitement. Une grande bande passante permet des analyses et une imagerie plus précises des tissus et des organes, facilitant la détection antérieure des maladies. »
