New optical switch could lead to ultrafast all-optical signal processing

New optical switch could lead to ultrafast all-optical signal processing

Illustration d’artiste d’un interrupteur optique, qui divise les impulsions lumineuses en fonction de leurs énergies. Crédit : Y. Wang, N. Thu et S. Zhou

Les ingénieurs de Caltech ont développé un commutateur, l’un des composants les plus fondamentaux de l’informatique, utilisant des composants optiques au lieu de composants électroniques. Le développement pourrait contribuer aux efforts visant à réaliser un traitement et un calcul de signal tout optique ultrarapides.

Les appareils optiques ont la capacité de transmettre des signaux beaucoup plus rapidement que les appareils électriques en utilisant des impulsions de lumière au lieu de signaux électriques. C’est pourquoi les appareils modernes utilisent souvent des optiques pour envoyer des données ; Par exemple, considérez les câbles à fibre optique qui offrent des vitesses Internet beaucoup plus rapides que les câbles Ethernet conventionnels.

Le domaine de l’optique a le potentiel de révolutionner l’informatique en faisant plus, plus vite et avec moins d’énergie. Cependant, l’une des principales limites des systèmes basés sur l’optique aujourd’hui est qu’à un certain moment, ils ont encore besoin de transistors basés sur l’électronique pour traiter efficacement les données.

Maintenant, en utilisant la puissance de la non-linéarité optique (plus sur cela plus tard), une équipe dirigée par Alireza Marandi, professeur adjoint de génie électrique et de physique appliquée à Caltech, a créé un commutateur tout optique. Un tel interrupteur pourrait à terme permettre le traitement de données à l’aide de photons. La recherche a été publiée dans la revue photonique de la nature le 28 juillet.

Les commutateurs sont parmi les composants les plus simples d’un ordinateur. Un signal entre dans l’interrupteur et, selon certaines conditions, l’interrupteur permet au signal d’avancer ou de l’arrêter. Cette propriété marche/arrêt est à la base des portes logiques et de l’informatique binaire, et c’est pour cela que les transistors numériques ont été conçus. Cependant, jusqu’à ce nouveau travail, réaliser la même fonction avec la lumière s’est avéré difficile. Contrairement aux électrons dans les transistors, qui peuvent fortement affecter le flux les uns des autres et ainsi provoquer un “retournement”, les photons n’interagissent généralement pas facilement les uns avec les autres.

Deux choses ont rendu la percée possible : le matériau utilisé par l’équipe de Marandi et la façon dont ils l’ont utilisé. Tout d’abord, ils ont choisi un matériau cristallin appelé niobate de lithium, une combinaison de niobium, de lithium et d’oxygène qui n’existe pas dans la nature mais qui s’est avérée, au cours des 50 dernières années, essentielle dans le domaine de l’optique. Le matériau est intrinsèquement non linéaire : en raison de la manière particulière dont les atomes sont disposés dans le cristal, les signaux optiques qu’il produit en sortie ne sont pas proportionnels aux signaux d’entrée.

Alors que les cristaux de niobate de lithium sont utilisés en optique depuis des décennies, plus récemment, les progrès des techniques de nanofabrication ont permis à Marandi et à son équipe de créer des dispositifs photoniques intégrés à base de niobate de lithium qui permettent de confiner la lumière dans un espace minuscule. Plus l’espace est petit, plus l’intensité de la lumière est grande avec la même quantité d’énergie. En conséquence, des impulsions de lumière transportant des informations à travers un tel système optique pourraient fournir une réponse non linéaire plus forte que cela ne serait autrement possible.

Marandi et ses collègues ont également temporairement confiné la lumière. Essentiellement, ils ont raccourci la durée des impulsions lumineuses et ont utilisé une conception spécifique qui maintiendrait les impulsions courtes lorsqu’elles se propageraient à travers l’appareil, ce qui donnerait à chaque impulsion une puissance de crête plus élevée.

L’effet combiné de ces deux tactiques, le confinement spatio-temporel de la lumière, est d’améliorer considérablement la force de la non-linéarité pour une énergie d’impulsion donnée, ce qui signifie que les photons s’affectent maintenant beaucoup plus fortement.

El resultado neto es la creación de un divisor no lineal en el que los pulsos de luz se enrutan a dos salidas diferentes en función de sus energías, lo que permite que la conmutación se produzca en menos de 50 femtosegundos (un femtosegundo es una milmillonésima de deuxième). En comparaison, les commutateurs électroniques de pointe prennent des dizaines de picosecondes (une picoseconde est un billionième de seconde), une différence de plusieurs ordres de grandeur.

L’article s’intitule “Commutation tout optique femtojoule femtoseconde dans la nanophotonique au niobate de lithium”.


La directionnalité de la lumière est la clé d’un meilleur contrôle optique


Plus d’informations:
Qiushi Guo et al, Commutation tout optique femtojoule femtoseconde dans la nanophotonique au niobate de lithium, photonique de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41566-022-01044-5

Fourni par le California Institute of Technology

Citation: Un nouveau commutateur optique pourrait conduire à un traitement ultrarapide du signal tout optique (1er août 2022) Récupéré le 1er août 2022 sur https://phys.org/news/2022-08-optical-ultrafast-all-optical.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude privée ou de recherche, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

Leave a Comment

Your email address will not be published.