Qui peut espérer arrêter la lumière et ses 300.000.000 mètres par seconde ? De nombreux chercheurs travaillent pourtant au stockage des photons. Des chercheurs du laboratoire FOTON, de l'IRCP et du C2N ont ainsi établi un nouveau record pour la durée de
capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui...) de photons dans un microrésonateur. Ces travaux ont été publiés dans la revue
Physical Review Letters.
Visuel représentant les milliers de tours effectués par des photons à l'intérieur d'un microrésonateur optique à modes de galerie.
© Pierre Guillemé - FOTON
Afin de stocker des photons, deux options s'offrent aux physiciens. Ils peuvent tenter de les ralentir grâce à divers phénomènes physiques, ou les piéger dans des résonateurs qui les forcent à tournoyer de nombreuses fois avant de les laisser, avec des pertes, en sortir.
Les chercheurs du laboratoire Fonctions optiques pour les technologiques de l'information (
FOTON,
Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Rennes 1/CNRS), de l'
Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de
recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de
chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) Paris
(IRCP, CNRS/Chimie Paristech) et du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris Sud) ont ici décidé de cumuler ces deux solutions. Ils ont pour cela utilisé des microrésonateurs optiques à modes de galerie: des sphères de 100 micromètres de
diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) constituées d'un verre de fluorure dopé à l'
erbium (L'erbium désigne un élément chimique de symbole Er et de numéro atomique 68....). À l'approche d'une
fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de...) du microrésonateur, une partie de la
lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) qui passe à proximité va y pénétrer. Les photons vont alors devoir effectuer un peu moins d'un millier de tours dans la
sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une...) avant de pouvoir en sortir. Ils vont également interagir avec les ions d'erbium en présence, ce qui les ralentit. Alors que les photons effectuaient le millier de tours en 300 picosecondes, il leur faut à présent 2,5 millisecondes.
La lumière utilisée se situe dans le domaine des ondes télécom, une branche dans laquelle de nombreux détecteurs et sources sont déjà disponibles pour développer des applications. Ces travaux ont également montré que les microrésonateurs optiques pouvaient atteindre une capacité de stockage de l'ordre de leurs versions macroscopiques. Cela ouvre par exemple la voie à des systèmes miniaturisés de stockage, tels que des mémoires optiques ou quantiques.
Références:
V. Huet, A. Rasoloniaina, P. Guillemé, P. Rochard, P. Féron,M. Mortier, A. Levenson, K. Bencheikh, A. Yacomotti, and Y. Dumeige
Millisecond photon lifetime in a slow-light microcavity
Phys. Rev. Lett. 116, 133902 (2016)
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.133902
Contact chercheur:
Yannick Dumeige - Laboratoire FOTON