Le mécanisme d'amélioration d'un signal faible (indétectable), connu sous le nom de résonance vibrationnelle, est activé en modulant un champ d'entrée à haute fréquence et en le soumettant à un système bistable. Un tel concept, générique et largement répandu, a été étudié théoriquement sur divers types de systèmes, par ex. des réseaux de neurones, des systèmes excitables et même des réseaux biologiques. Dans le même temps, quelques travaux expérimentaux ont également été publiés mais avec des dispositifs dont le principe de fonctionnement reposent sur des physiques variées (circuits électroniques, VCSELS, résonateurs électromécaniques…). Dans toutes ces démonstrations, il y a autant de non-linéarités impliquées que de systèmes. Cependant, jusqu'à présent, aucune démonstration de résonance vibrationnelle n'a été réalisée en utilisant une nano-cavité optique intégrée avec la non-linéarité thermo-optique bien connue et largement utilisée. En effet, une telle non-linéarité se manifeste et impacte fortement les dispositifs optiques et nanophotoniques au point d’obtenir des composants accordables ou bien permettant la réalisation de calculs élémentaires tout-optiques.
Dans ce contexte, nous présentons une première démonstration expérimentale d'amplification d’un signal optique de faible amplitude dans une nano-cavité optomécanique thermo-optiquement bistable, opérant a fortiori dans le domaine des télécoms. Nous utilisons une plate-forme hybride entièrement intégrée comprenant un cristal photonique InP suspendu dont les vibrations mécaniques peuvent être exploitées de manière intéressante pour accéder aux propriétés thermiques du système. En utilisant la non-linéarité thermo-optique, une amplification du signal optique faible jusqu'à 16 dB a ainsi pu être obtenue. Ces résultats ont été publiés dans NanoLetters.
L'étude de l'amplification d’un signal faible est d'un intérêt immédiat pour les technologies nanophotoniques actuelles, dans lesquelles l'amplification du signal de faible puissance reste une nécessité. Au-delà du domaine optique, l'interaction entre les degrés de liberté optique et mécanique, présents dans le cristal photonique en suspension, pourrait ouvrir des voies d'amplification du signal optique grâce à la mécanique ou inversement. De plus, la dimension optomécanique de ce système le rend également particulièrement bien adapté aux applications de détection telles que par ex. thermométrie.
Référence
Vibrational Resonance Amplification in a Thermo-Optic Optomechanical Nanocavity
Guilhem Madiot 1, Sylvain Barbay 1, and Rémy Braive 1,2
1- Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/UPSaclay)
2- Université de Paris
DOI : 10.1021/acs.nanolett.1c02879
Figure : schéma de principe de la résonance vibrationnelle avec un résonateur optomécanique présentant une non-linéarité thermo-optique. Un signal faible ainsi qu'un signal de control sont envoyé dans le système permettant l'amplification du premier signal cité.
