Les décaleurs de fréquence sur puce dans la gamme des gigahertz pourraient être utilisés dans les ordinateurs quantiques et les réseaux de nouvelle génération


Changement de couleur pour la photonique sur puce

le dispositif supérieur, deux résonateurs couplés forment une structure en huit. La lumière d’entrée voyage du guide d’ondes à travers les résonateurs, entrant sous une couleur et sortant sous une autre. Le dispositif inférieur utilise trois résonateurs couplés : un petit résonateur annulaire, un résonateur ovale appelé résonateur de de course et un résonateur rectangulaire. Au fur et à mesure que la lumière se déplace autour du résonateur de la piste de course, elle tombe en cascade dans des fréquences de plus en plus élevées, entraînant un décalage allant jusqu’à 120 gigahertz. Crédit photo : Second Bay Studios / Harvard SEAS

La capacité de contrôler et de modifier avec précision les propriétés d’un photon, y compris la polarisation, la position dans l’espace et l’heure d’arrivée, a donné naissance à une grande variété de technologies de communication que nous utilisons aujourd’hui, y compris Internet. La prochaine génération de technologies photoniques, telles que les quantiques photoniques et les ordinateurs, nécessite encore plus de contrôle sur les propriétés d’un photon.

L’une des propriétés les plus difficiles à modifier est la couleur d’un photon, également connue sous le nom de fréquence, car un changement dans la fréquence d’un photon signifie un changement dans son énergie.

Aujourd’hui, la plupart des décaleurs de fréquence sont soit trop inefficaces, perdent beaucoup de lumière dans le processus de conversion, soit ne peuvent pas convertir la lumière dans la gamme des gigahertz, où se trouvent les fréquences les plus importantes pour la communication, l’informatique et d’autres applications.

Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont maintenant développé des décaleurs de fréquence sur puce hautement efficaces qui peuvent convertir la lumière dans la gamme de fréquences gigahertz. Les décaleurs de fréquence sont faciles à contrôler avec des micro-ondes continues et à une seule tonalité.

La recherche est publiée dans la nature.

« Nos décaleurs de fréquence pourraient devenir un élément fondamental des systèmes de communication classiques à grande vitesse ainsi que des ordinateurs quantiques photoniques émergents », a déclaré Marko Loncar, professeur de génie électrique à Tiantsai Lin et auteur principal de l’étude.

L’article décrit deux types de décaleurs de fréquence sur puce – un qui peut convertir une couleur en une autre avec un décalage de quelques dizaines de gigahertz, et un autre qui peut en cascade plusieurs décalages, un décalage de plus de 100 gigahertz.

Chaque appareil est basé sur la plateforme niobate de lithium développée par Loncar et son laboratoire.

Le niobate de lithium peut convertir efficacement les signaux électroniques en signaux optiques, mais a longtemps été considéré par beaucoup dans le domaine comme étant difficile à petite échelle. Dans des recherches antérieures, Lončar et son équipe ont démontré une technique de fabrication de microstructures de niobate de lithium hautes performances en utilisant une gravure au plasma standard pour façonner physiquement des microrésonateurs dans des films minces de niobate de lithium.

Ici, Loncar et son équipe ont gravé des résonateurs en anneau couplés et des guides d’ondes sur du niobate de lithium en couche mince en utilisant la même technique. Dans le premier dispositif, deux résonateurs couplés forment une structure en huit. La lumière d’entrée se déplace du guide d’ondes selon un motif en huit à travers les résonateurs, entrant sous une couleur et sortant sous une autre. Cet appareil offre des décalages de fréquence allant jusqu’à 28 gigahertz avec un rendement d’environ 90 %. Il peut également reconfiguré en tant que séparateur de faisceau accordable dans le domaine fréquentiel, où un faisceau d’une fréquence est divisé en deux faisceaux d’une autre fréquence.

Le deuxième appareil utilise trois résonateurs couplés : un petit résonateur annulaire, un long résonateur ovale appelé résonateur de piste de course et un résonateur rectangulaire. Au fur et à mesure que la lumière se déplace autour du résonateur de la piste de course, elle tombe en cascade dans des fréquences de plus en plus élevées, entraînant un décalage allant jusqu’à 120 gigahertz.

« Nous sommes capables d’atteindre cette amplitude de décalage de fréquence avec un seul signal micro-ondes de 30 gigahertz », a déclaré Yaowen Hu, chercheur à SEAS et auteur principal de l’étude. « Il s’agit d’un tout nouveau type de dispositif photonique. Les tentatives précédentes pour décaler les fréquences de plus de 100 gigahertz ont été très difficiles et coûteuses et nécessitaient un signal micro-ondes tout aussi important. »

« Ce travail est rendu possible par tous nos développements antérieurs en photonique intégrée au niobate de lithium », a déclaré Lončar. « La capacité de traiter les informations dans le domaine fréquentiel de manière efficace, compacte et évolutive a le potentiel de réduire considérablement les coûts et les besoins en ressources des grands circuits photoniques, notamment les ordinateurs quantiques, les télécommunications, les radars, le traitement du signal optique et la spectroscopie. »


Filtres d’ajout / de suppression de fréquence pour la manipulation de la lumière sur puce


Plus d’information:
Marko Loncar, décaleur de fréquence électro-optique et séparateur de faisceau sur la puce, la nature (2021). DOI : 10.1038 / s41586-021-03999-x. www.nature.com/articles/s41586-021-03999-x

Fourni par la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Citation: Les décaleurs de fréquence sur puce dans la gamme du gigahertz pourraient être utilisés dans les ordinateurs quantiques et les réseaux de nouvelle génération (2021, 24 novembre), consulté le 24 novembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-11-on -chip-fréquence -shifters-gigahertz-range.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. À l’exception du commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

Laisser un commentaire