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Un nouveau laser dans la fibre optique pour booster Internet

Julien Bergounhoux

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Un nouveau laser dans la fibre optique pour booster Internet

La fibre optique, technologie au coeur d'Internet de par sa capacité inégalée à transmettre l'information, se doit d'évoluer pour satisfaire les besoins toujours grandissants en bande passante. Sa meilleure chance d'y parvenir est un laser à haute cohérence récemment mis au point en Californie.

Un nouveau laser développé par des chercheurs de Caltech, l'institut de technologie de Californie, pourrait décupler la vitesse de transfert des données dans les câbles de fibre optique, qui sont entre autres massivement utilisés pour former la colonne vertébrale (backbone) de l'Internet.

Cette technologie de communication optique, parfaite dans les années 1970 par les laboratoires de Corning (entreprise qui fabrique également le "Gorilla Glass" actuellement utilisé par une majorité d'écrans de smartphones), permet des débits vastement supérieurs à ceux des câbles électriques classiques, ainsi qu'une très faible latence. Elle y parvient car le signal électrique de départ est converti en signal lumineux, puis transmis à la vitesse de la lumière (qui dans du verre standard se trouve autour de 200 000 km/s, environ un tiers moins rapide que dans le vide) avant d'être retransformé en signal électrique à l'arrivée.

Elle possède également l'avantage, en plus de son coût particulièrement bas lorsqu'elle est déployée sur de longues distances, d'être insensible aux perturbations électromagnétiques et autres signaux parasites, ce qui lui permet d'être utilisée dans pratiquement n'importe quel environnement (à proximité de câbles à haute tension, etc.).

EN QUÊTE DE PURETÉ

L'avancée des chercheurs de Caltech, menés par le professeur Ammon Yariv, et publiée la semaine du 10 février dans la version en ligne du Proceedings of the National Academy of Sciences, consiste en un nouveau type de laser. Le laser est le composant qui envoie le signal lumineux dans la fibre, et pour obtenir la plus grande bande passante possible (transporter le plus possible d'information), il doit être spectralement aussi pur que possible, c'est à dire le plus proche possible d'une seule fréquence. Le réseau mondial de fibres optiques utilise toujours un laser développé dans les années 1970, dit à semi-conducteur à rétroaction répartie (distributed-feedback semiconductor en anglais, abrégé en S-DFB). Ce laser était déjà le fruit des recherches du Pr. Yariv, et lui valu la National Medal of Science en 2010.

Le S-DFB possédait à l'époque une pureté spectrale inégalée, et c'est pourquoi il est encore en usage aujourd'hui. Cette pureté est le résultat de l'utilisation d'une ondulation à l'échelle nanométrique à l'intérieur de la structure du laser. Cette surface agit comme une sorte de filtre interne, éliminant les ondes qui contamineraient autrement la fréquence idéale. Cependant, les besoins de l'Internet actuel ont bien évolués, et cette technologie n'y satisfait plus.

UN BOUCLIER DE SILICIUM

Le laser S-DFB est constitué de couches crystallines de semi-conducteurs III-V, par exemple de l'arséniure de gallium ou du phosphure d'indium. Mais le problème de ces semi-conducteurs composites, qui convertissent le courant électrique en lumière, puis le stockent, est qu'ils ont une forte capacité d'absorption de la lumière, et ce faisant leur utilisation provoque une dégradation de la pureté spectrale.

Le nouveau laser, dit à haute cohérence, utilise toujours des matériaux du groupe III-V, mais stocke la lumière dans une couche de silicium, matériau qui ne l'absorbe pas. Une structuration spatiale de cette couche de silicium, évolution de la surface ondulée du précédent laser, lui permet d'agir en tant que concentrateur de lumière, empêchant les matériaux III-V de l'absorber. Cette technique permet d'atteindre un niveau de pureté spectrale 20 fois supérieur à ce que produisait le laser S-DFB, et jouera très certainement un rôle majeur dans l'évolution des communications par fibre optique dans les années à venir.

L'étude peut être consultée dans son intégralité ci-dessous :

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