Le contrôle interférométrique de la dissipation dans un système à deux ports est un concept innovant qui permet d'améliorer voire d'annuler les signaux d'entrée en fonction de leurs phases relatives. Ici, au-delà de la configuration canonique de l'absorption parfaite cohérente (CPA), nous appliquons ce concept à deux nano-résonateurs électromécaniques fortement couplés dont leurs excitations simultanées est déphasées et contrôlées indépendamment. Les deux sous-systèmes sont lus simultanément par des moyens optiques, ce qui nous permet de reconstruire complètement la signature de l'annihilation ou de l'amplification cohérente sur les deux quadratures. Nous démontrons que l'amplitude des modes mécaniques peut être améliorée ou inhibée par rapport au cas d'une excitation à port unique, tandis que la phase subit de fortes variations en fonction du déséquilibre de l'excitation et de la différence de phase. Parallèlement, des singularités de phase avec des charges topologiques opposées sont observées pour les modes mécaniques normaux. Près de la singularité de phase, nous démontrons que l'entrée d'une faible modulation de phase induit une grande modulation de phase pure du mode normal. Ces démonstrations expérimentales sont entièrement modélisées par les équations dynamiques mécaniques de notre système. Le contrôle interférométrique peut ouvrir la voie à de nouveaux schémas de modulation de phase à faible puissance contrôlés par l'amplitude et vice-versa pour les commutateurs potentiels et les portes logiques.
L'absorption parfaite cohérente (CPA), le contrôle interférométrique cohérent des systèmes à deux ports, a suscité beaucoup d'intérêt en tant que « laser inversé ». Elle a été principalement étudiée dans la géométrie canonique de deux champs contre-propageant et presque exclusivement en optique. Récemment, d'autres approches utilisant deux sous-systèmes non identiques fortement couplés ont été développées, toujours dans le domaine de l'optique. Ces approches ne permettent d'aborder que partiellement le comportement du système global : la signature de l'amplitude est récupérée mais aucune information sur le comportement de la phase n'est extraite. Il manque donc une compréhension et une étude complètes de la physique dans de telles études.
Dans cet article, nous présentons une étude expérimentale du contrôle interférométrique cohérent dans des résonateurs nanomécaniques. Notre système consiste en deux résonateurs nano-électromécaniques identiques qui sont couplés mécaniquement et dont les déplacements sont lus simultanément par des moyens optiques. Nous démontrons le régime de couplage fort entre les deux résonateurs. Cette condition obligatoire nous permet de reconstruire la signature de l'amplification ou de l'annihilation cohérente par rapport à l'excitation d'un seul port pour un décalage de phase et un rapport entre les deux excitations spécifiques. Dans ce cadre, nous reconstruisons l'évolution de la phase des modes mécaniques et mettons en évidence des singularités de phase dont la charge topologique change avec le mode considéré. Enfin, nous tirons parti de cette caractéristique particulière pour démontrer une modulation de phase pure et à fort contraste d'un signal d'entrée en utilisant des entraînements d'entrée a priori arbitrairement faibles.
Bien que démontrée sur des résonateurs nano-électromécaniques, notre approche est assez générale et s'applique à un large éventail de systèmes physiques. Cela constitue également un système modèle permettant l'étude de divers phénomènes cohérents impliquant une modulation d'amplitude et/ou de phase, un domaine de recherche fondamentale active avec des applications potentielles à plus long terme. Au-delà de ses perspectives fondamentales, ce mécanisme général ouvre en effet des perspectives intéressantes pour les commutateurs de phase et les modulateurs photoniques ou pour la mise en forme de phase dédiée à la détection ou à la spectroscopie laser à l'échelle nanométrique.
Références
Coherent interferometric control of strongly-coupled nano-electromechanical resonators
Franck Correia1, Gladys Jara-Schulz1, Guilhem Madiot1, Sylvain Barbay1 & Remy Braive1,2,3
Communications Physics volume 7, Article number: 233 (2024)
DOI : https://doi.org/10.1038/s42005-024-01726-2
Affiliations
1 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Universit´e Paris-Saclay, Palaiseau, France
2 Université Paris-Cité, 75207 Paris Cedex 13, France
3 Institut Universitaire de France, Paris, France
Contact : Rémy Braive
Figure : Image MEB montrant des membranes de cristaux photoniques connectées par un pont mécanique ; Evolution numérique et expérimentale de la phase du mode mécanique antisymétrique (Ψ+) en fonction du désaccord de phase et du rapport de pilotage entre les pilotages des deux ports (Δφ,X),
