Des chercheurs développent une méthode pour supprimer la rétrodiffusion et améliorer la transmission optique des données

Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, Champaign, Illinois

Des ingénieurs de l'Université de l'Illinois ont trouvé un moyen de rediriger les ondes lumineuses inadaptées afin de réduire les pertes d'énergie lors de la transmission optique des données. Dans une étude, des chercheurs ont exploité une interaction entre la lumière et les ondes sonores pour supprimer la diffusion de la lumière provenant des défauts des matériaux, ce qui pourrait conduire à une meilleure communication par fibre optique.

Le professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie Gaurav Bahl, à gauche, et l'étudiant diplômé Seunghwi Kim ont confirmé que les ondes lumineuses rétrodiffusées peuvent être supprimées pour réduire la perte de données dans les systèmes de communications optiques. (Photo fournie par Julia Stackler)

Les ondes lumineuses se dispersent lorsqu'elles rencontrent des obstacles, qu'il s'agisse d'une fissure dans une fenêtre ou d'un petit défaut dans un câble à fibre optique. Une grande partie de cette lumière se diffuse hors du système, mais une partie est renvoyée vers la source – un phénomène appelé rétrodiffusion. Il y a toujours un peu d’imperfection et un peu de hasard dans les matériaux utilisés dans toute technologie d’ingénierie. Par exemple, la fibre optique la plus parfaite utilisée pour la transmission de données à longue distance peut encore présenter des défauts invisibles. Ces défauts peuvent être dus à la fabrication ou apparaître au fil du temps à la suite de modifications thermiques et mécaniques du matériau. En fin de compte, de tels défauts fixent les limites de performances de tout système optique.

Quelques études antérieures ont montré que la rétrodiffusion indésirable peut être supprimée dans des matériaux spéciaux possédant certaines propriétés magnétiques. Cependant, ce ne sont pas des options viables pour les systèmes optiques actuels qui utilisent des matériaux transparents et non magnétiques comme le silicium ou le verre de silice. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé une interaction de la lumière avec des ondes sonores, au lieu de champs magnétiques, pour contrôler la rétrodiffusion.

Les ondes lumineuses traversent la plupart des matériaux à la même vitesse, quelle que soit la direction, que ce soit vers l'avant ou vers l'arrière. Mais, en utilisant certaines interactions opto-mécaniques sensibles à la direction, les chercheurs sont capables de briser cette symétrie et d’arrêter efficacement la rétrodiffusion. C'est comme créer un miroir sans tain. En bloquant la propagation vers l'arrière d'une onde lumineuse, elle n'a nulle part où aller lorsqu'elle rencontre un diffuseur, et aucune autre option que de continuer à avancer.

Pour démontrer ce phénomène, l’équipe a envoyé des ondes lumineuses dans une minuscule sphère en verre de silice, appelée microrésonateur. À l’intérieur, la lumière se déplace le long d’un chemin circulaire comme une piste de course, rencontrant encore et encore des défauts dans la silice, amplifiant l’effet de rétrodiffusion. L’équipe a ensuite utilisé un deuxième faisceau laser pour engager l’interaction lumière-son uniquement vers l’arrière, bloquant ainsi la possibilité de diffusion de la lumière vers l’arrière. Ce qui aurait été de l'énergie perdue continue d'avancer, malgré les défauts du résonateur.

"Être capable d'arrêter la rétrodiffusion est important, mais une partie de la lumière est toujours perdue à cause de la diffusion latérale, sur laquelle les scientifiques n'ont aucun contrôle", a déclaré le chercheur principal, professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie, Gaurav Bahl. "L'avancée est donc très subtile à ce stade et n'est utile que sur une bande passante étroite. Cependant, le simple fait de vérifier que nous pouvons supprimer la rétrodiffusion dans un matériau aussi courant que le verre de silice suggère que nous pourrions produire un meilleur câble à fibre optique ou même continuer à utiliser de vieux câbles endommagés déjà en service au fond des océans du monde, au lieu de devoir le remplacer. "

Essayer l'expérience avec le câble à fibre optique sera la prochaine étape pour montrer que ce phénomène est possible aux bandes passantes requises dans les communications par fibre optique. "Le principe que nous avons exploré a déjà été vu", a déclaré Bahl. "La véritable histoire ici est que nous avons confirmé que la rétrodiffusion peut être supprimée dans quelque chose d'aussi simple que le verre, en utilisant une interaction opto-mécanique disponible dans chaque matériau optique. Nous espérons que d'autres chercheurs examineront également ce phénomène dans leurs systèmes optiques, pour faire progresser la technologie."

Pour plus d'informations, contactez Gaurav Bahl à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le visualiser..