Une pièce minuscule pour une bande passante record

Les modulateurs plasmoniques sont de minuscules composants qui convertissent les signaux électriques en signaux optiques afin de les transporter à travers des fibres optiques. Un tel modulateur n'avait jamais réussi à transmettre des données à une fréquence supérieure à un térahertz (plus d'un trillion d'oscillations par seconde). Les scientifiques du groupe dirigé par Jürg Leuthold, professeur de photonique et de communication à l'ETH Zurich, y sont parvenu·es. Les modulateurs précédents ne pouvaient convertir que des fréquences allant jusqu'à 100 ou 200 gigahertz, c'est-à-dire des fréquences cinq à dix fois inférieures.

Les modulateurs de ce type pourraient être utilisés partout où de grands volumes de données sont transmis, comme un pont entre le monde électrique et la transmission de données par la lumière. «Les données sont toujours présentes au départ sous forme électrique et, de nos jours, leur transmission passe toujours par des fibres optiques à un moment ou à un autre», explique le Jürg Leuthold.

La prochaine génération de communications mobiles (6G) fonctionnera dans la gamme des térahertz. Son épine dorsale - les câbles entre les stations de base - repose sur la technologie des fibres optiques. «Notre modulateur permet de convertir les signaux radio et autres signaux électriques en signaux optiques directement et donc efficacement», explique Yannik Horst, qui a travaillé sur ce composant dans le cadre de sa thèse de doctorat.

Également pour la médecine et les techniques de mesure

Bien que le transfert de signaux térahertz sur une fibre optique soit déjà possible d'un point de vue technique, il s'agit d'un processus laborieux qui nécessite actuellement plusieurs composants coûteux. Les nouveaux modulateurs peuvent convertir les signaux directement, ce qui réduit la consommation d'énergie et augmente la précision des mesures. En outre, différents composants sont actuellement nécessaires pour différentes gammes de fréquences. Le nouveau modulateur peut être utilisé avec n'importe quelle fréquence, de 10 mégahertz à 1,14 térahertz. «Nous couvrons toute la gamme de fréquences avec un seul composant. Il est donc extrêmement polyvalent en termes d'applications», explique Yannik Horst.

Parmi les autres applications potentielles, citons la transmission de données par fibre optique à l'intérieur des centres de calcul à haute performance et entre eux. Enfin, les composants présentent également un intérêt pour les technologies de mesure à haute performance, notamment les techniques d'imagerie en médecine, les méthodes spectroscopiques pour l'analyse des matériaux, les scanners de bagages dans les aéroports ou la technologie radar. Certains dispositifs de ce type fonctionnent déjà aujourd'hui dans la gamme des térahertz.

Le nouveau modulateur est une minuscule nanostructure composée de divers matériaux, dont l'or, qui utilise l'interaction entre la lumière et les électrons libres présents dans l'or. La technologie a été développée à l'ETH Zurich et le dispositif a été fabriqué par Polariton Technologies, une spin-off de l'ETH Zurich issue du groupe de Jürg Leuthold. Actuellement, l'entreprise travaille à la commercialisation du modulateur térahertz afin qu'il puisse être largement utilisé dans les applications futures de transmission de données et de technologie de mesure.