Lasers hautes performances de nouvelle génération

Le Deep Space Network (DSN) de la NASA, une sorte de système GPS pour l'espace, s'appuie sur des horloges atomiques pour une précision extrême. Tout système de navigation moderne doit chronométrer avec précision les signaux radio pour trianguler un emplacement. Mais le besoin de précision est encore plus important dans l'espace, où de grandes distances peuvent aggraver même de minuscules erreurs.

Les progrès réalisés par Lute Maleki, ancien chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, et ses collègues du JPL pour l'espace ont maintenant conduit à certains des lasers et oscillateurs les plus raffinés au monde pour des applications telles que les communications, les télémètres pour les voitures autonomes, et des domaines émergents comme l'informatique quantique.

Dans les années 1980, alors qu'il travaillait à l'amélioration de la technologie des horloges atomiques pour la DSN, Maleki a créé ce qui est devenu le groupe des sciences et technologies quantiques du JPL pour développer de nouvelles capacités utilisant la physique quantique qui régit les particules les plus élémentaires, telles que les photons ou les atomes vibrants. dans une horloge. L'équipe a développé un type d'horloge atomique meilleur et plus abordable et a également, pour la première fois, envoyé des signaux d'horloge atomique via des câbles à fibre optique à des antennes situées à près de 20 miles.

Au début des années 1990, Maleki et un autre membre de son laboratoire ont fini par inventer un nouveau type d'oscillateur. "Il avait un problème de stabilité qu'il ne pouvait pas résoudre, et je lui ai dit de le transformer en oscillateur pour le résoudre, et nous avons inventé l'oscillateur optoélectronique", a déclaré Maleki.

Les oscillateurs sont cruciaux non seulement pour le chronométrage mais aussi pour les communications, où ils permettent à deux appareils ou plus de s'entendre sur une fréquence précise à laquelle envoyer et recevoir des informations. Alors que tous les oscillateurs précédents utilisaient un courant électrique pour générer leur vibration, celui-ci utilisait la lumière laser. L'oscillateur optoélectronique est depuis devenu essentiel pour plusieurs applications, telles que le radar, l'ingénierie spatiale et les communications sans fil.

Pour assurer une fréquence constante, cependant, l'oscillateur a besoin d'un résonateur. À l'époque, il s'agissait généralement d'une fibre optique qui pouvait transporter un signal de sortie sur une bonne distance - idéalement un mile environ - et le faire circuler, permettant au système de garder une trace de sa propre fréquence de sortie et d'annuler le bruit, a expliqué Maleki. . C'était un système encombrant.

Cela a conduit à sa deuxième invention fondamentale :l'utilisation d'un résonateur optique en mode galerie chuchotant. À l'époque, la NASA n'en avait que peu besoin, mais Maleki était persuadé qu'il existait un marché.

Il a fondé OEwaves (OE signifie optoélectronique) en 1999 avec environ 30 brevets issus des travaux de son équipe à la NASA, sous licence du California Institute of Technology, qui gère le JPL.

L'entreprise a mis du temps à trouver sa place dans un paysage technologique en pleine évolution, mais ses produits, qui comprennent les lasers à semi-conducteurs à faible bruit disponibles, ont trouvé de nouveaux marchés s'ouvrant ces dernières années. L'une concerne les « structures intelligentes », un concept qui existe depuis des décennies mais qui commence à être mis en pratique, notamment en Asie. Les capteurs à fibre optique intégrés dans les bâtiments, les ponts, les voies ferrées et d'autres structures peuvent détecter des contraintes ou des déformations, mais cela nécessite des lasers à faible bruit pour révéler de minuscules variations de longueur d'onde.

Maleki a déclaré qu'il s'attend également à une demande accrue sur les marchés des téléphones portables et des communications, à mesure qu'ils évoluent vers des fréquences plus élevées, qui transportent les informations plus efficacement mais nécessitent une fidélité extrêmement élevée.

Et en 2014, OEwaves a créé une société appelée Strobe Inc. pour développer la technologie Li-DAR pour les voitures autonomes. Un système LiDAR utilise des signaux laser réfléchis pour créer une carte tridimensionnelle de son environnement, que de nombreuses entreprises de véhicules autonomes considèrent comme une technologie habilitante. La filiale de GM, Cruise Automation, a acheté Strobe en 2017.

Maleki a déclaré que la même technologie qui a commencé au JPL a permis à Strobe de développer de petits systèmes LiDAR efficaces capables de changer rapidement de fréquence – une technique appelée « chirping » – en utilisant uniquement le résonateur. Le gazouillis aide à mesurer à la fois la distance et la vitesse des objets environnants. Et l'ensemble du système pourrait être mis sur un circuit intégré photonique, réduisant encore les coûts.

Plusieurs universités et entreprises achètent également les composants laser pour rechercher de futurs dispositifs quantiques pour les communications, l'informatique et d'autres applications.

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