La lumière fait beaucoup de travail dans la vie moderne - téléviseurs, satellites, câbles à fibre optique qui vous permettent de lire cette phrase. Maintenant, des physiciens de Stanford ont trouvé le moyen de donner à la lumière un petit coup de pouce supplémentaire sans faire exploser la facture d'électricité. Ils ont construit un amplificateur optique de la taille d'un doigt qui peut renforcer les signaux lumineux d'environ 100 fois tout en ne consommant que quelques centaines de milliwatts.
Pour contexte, les amplificateurs optiques fonctionnent comme des amplificateurs audio - sauf qu'ils amplifient la lumière au lieu de la playlist lourde en basses de votre voisin. Les versions compactes traditionnelles ont tendance à engloutir l'énergie, ce qui les rend aussi efficaces qu'un tapis roulant qui ne fonctionne qu'en descente. Le nouveau dispositif, décrit dans la revue Nature, contourne ce problème en recyclant une grande partie de l'énergie dont il a besoin pour fonctionner.
« Nous avons démontré, pour la première fois, un amplificateur optique véritablement polyvalent et de faible puissance, capable de fonctionner sur tout le spectre optique et suffisamment efficace pour être intégré sur une puce », a déclaré Amir Safavi-Naeini, auteur principal de l'étude et professeur associé de physique à Stanford. Traduction : nous pouvons désormais construire des systèmes optiques beaucoup plus complexes qu'auparavant, et ils n'auront pas besoin de leur propre centrale électrique.
L'amplificateur maintient le bruit à un minimum - personne ne veut un signal qui grésille - et fonctionne sur une gamme de longueurs d'onde plus large que les modèles existants, ce qui signifie qu'il peut transporter plus de données avec moins d'interférences. La sauce secrète implique une conception résonante qui renvoie la lumière sur elle-même, comme un photon faisant des tours de piste. La lumière de pompe tourne en boucle, devient plus intense et amplifie le signal cible plus efficacement.
« En recyclant l'énergie de la pompe qui alimente cet amplificateur, nous l'avons rendu plus efficace, et cela ne se fait pas au détriment de ses autres propriétés », a déclaré Devin Dean, co-premier auteur et étudiant en doctorat dans le laboratoire de Safavi-Naeini. Comme le dispositif est compact et économe en énergie, il pourrait fonctionner sur batterie et être intégré dans des ordinateurs portables, des smartphones ou d'autres petits appareils électroniques.
« Quand vous pouvez faire cela, les possibilités sont vraiment très larges car ils sont si petits que vous pouvez les produire en masse et les alimenter avec des batteries », a déclaré Dean. Les applications potentielles incluent les communications de données, la biodétection et la création de nouvelles sources lumineuses - en gros, tout ce qui pourrait utiliser un signal plus fort sans une prise plus grosse.
La recherche a été soutenue par la Defense Advanced Research Projects Agency, NTT Research et la National Science Foundation. Les co-auteurs incluent également Taewon Park, Martin Fejer, Hubert Stokowski, Sam Robison, Alexander Hwang, Luke Qi et Jason Herrmann. Dean, Park, Safavi-Naeini et Stokowski ont déposé une demande de brevet couvrant des méthodes pour atteindre un avantage quantique dans les capteurs photoniques à puissance limitée.
Matériel fourni par l'Université de Stanford. Note : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.