Des physiciens parviennent à contrôler la lumière en 74 femtosecondes

Un groupe international de physiciens a créé une métasurface innovante capable de diriger et de remodeler des faisceaux lumineux en seulement 74 femtosecondes, sans aucune pièce mécanique, miroir ni lentille. Les résultats de l’expérience, publiés dans Nature Nanotechnology, devraient constituer une avancée majeure pour les systèmes optiques et les technologies informatiques du futur. Ixbt.com rapporte .

Le nouveau dispositif, développé par des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley et de l’Université de Tel-Aviv, peut dévier la lumière jusqu’à ±13 degrés. Le contrôle s’effectue à l’aide d’une seconde impulsion lumineuse qui modifie les propriétés optiques du matériau. La vitesse de commutation est uniquement limitée par la durée de l’impulsion de contrôle.

Selon Nature Nanotechnology, la clé de cette avancée repose sur l’effet Kerr optique. Sous l’influence de cet effet, l’indice de réfraction d’un matériau change lorsqu’il est soumis à une lumière intense. L’effet Kerr est généralement très faible, mais il présente une réponse subfemtoseconde : la polarisation électronique de la matière réagit presque instantanément.

Métasurface et résonateurs optiques

Pour amplifier la réponse Kerr jusqu’à un niveau pratique, les scientifiques ont conçu une métasurface résonante dotée d’un facteur de qualité élevé. Ses cellules élémentaires sont constituées de structures en silicium plus petites que la longueur d’onde, ce qui renforce considérablement les interactions entre la lumière et la matière.

Selon Claudio Hale, l’un des principaux auteurs de l’étude, l’idée centrale était de créer une métasurface dont la réponse optique ne serait pas définie de manière rigide lors de sa fabrication. En modifiant le motif d’éclairage, il devient possible de contrôler la manière dont le dispositif dirige et façonne la lumière sur des intervalles de temps extrêmement courts.

Perspectives pour les systèmes de communication et le calcul optique

Cette technologie revêt une importance considérable pour les systèmes de communication, car contrôler la lumière à une telle vitesse permettrait de traiter directement les signaux optiques, sans conversion intermédiaire en courant électrique. Aujourd’hui, les réseaux de données convertissent la lumière en courant, ce qui augmente les dépenses en temps et en énergie.

La capacité à diriger un faisceau lumineux en quelques dizaines de femtosecondes grâce à une métasurface est considérée comme une piste susceptible de faire de la logique et de la commutation optiques une véritable alternative aux technologies électroniques. Les auteurs soulignent que les travaux en sont encore au stade fondamental et que le chemin vers des dispositifs pratiques reste long. Cette découverte ouvre toutefois la voie à de nouvelles architectures pour le calcul entièrement optique et les interfaces quantiques.