Des sons pour moduler la lumière à l'échelle nanométrique
Les modulateurs acousto-optiques permettent de modifier l’intensité des ondes lumineuses grâce aux interactions entre le son et la lumière. Alors que ces systèmes avoisinent la taille d’une boite d’allumettes, des chercheurs de l’institut Femto-ST ont élaboré une théorie pour en concevoir à l’échelle nanométrique. Ces travaux sont publiés dans la revue Optica.
Dans un modulateur acousto-optique classique, des ondes acoustiques générées dans un cristal forment un réseau de diffraction. Celui-ci compresse et dilate successivement la lumière qui le traverse, et permet ainsi de la moduler dynamiquement. L’effet reste cependant faible par rapport au volume des cristaux et demande d’être accumulé sur de nombreuses périodes. Le volume du système reste donc difficile à réduire. Des chercheurs de l’institut Femto-ST (Institut Franche-Comté électronique mécanique thermique et optique - sciences et technologies, CNRS/Université de Technologie Belfort-Montbéliard/Université de Franche-Comté/ENSMM) ont cependant proposé un nouveau modèle pour des modulateurs nanométriques, où les interactions se produisent en fonction de la surface plutôt que du volume.
Dans leur système, les ondes acoustiques excitent un réseau de fentes en argent de 100 nanomètres de largeur et 300 nm de hauteur. Disposées sur un substrat piézoélectrique de niobate de lithium, ces cavités vibrent à la manière d’un diapason et leur géométrie se met à varier fortement. Or la lumière qui passe dans ces fentes subit un phénomène de résonance qui dépend précisément de la forme des cavités. Ainsi, pour une fréquence acoustique de 0,5 GHz, les fentes vont fléchir avec une amplitude de 30 nanomètres et provoquer une modulation optique à 80% dans le proche infrarouge. Ces travaux devraient permettre de concevoir des dispositifs photoniques extrêmement compacts. Les composants acousto-optiques se retrouvent actuellement aussi bien dans les spectromètres accordables embarqués sur les satellites que dans les systèmes de façonnage temporel des lasers.
Schéma de principe du modulateur acousto-optique doublement résonant.
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Références :
Extraordinary nonlinear transmission modulation in a doubly resonant acousto-optical structure
V. Laude, A. Belkhir, A. F. Alabiad, M. Addouche, S. Benchabane, A. Khelif, and F. I. Baida
Optica Vol. 4, Issue 10, pp. 1245-1250 (2017)
https://doi.org/10.1364/OPTICA.4.001245