Un record mondial pour la capture de photons dans des microrésonateurs

Résultat scientifique Photonique

Qui peut espérer arrêter la lumière et ses 300000000 mètres par seconde? De nombreux chercheurs travaillent pourtant au stockage des photons. Des chercheurs du laboratoire FOTON, de lIRCP et du C2N ont ainsi établi un nouveau record pour la durée de capture de photons dans un microrésonateur. Ces travaux ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.

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 Rennes 1/CNRS), de l’Institut de recherche de chimie 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 constituées d’un verre de fluorure dopé à l’erbium. À l’approche d’une fibre optique du microrésonateur, une partie de la lumière qui passe à proximité va y pénétrer. Les photons vont alors devoir effectuer un peu moins d’un millier de tours dans la sphère 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.

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© Pierre Guillemé - FOTON

Visuel représentant les milliers de tours effectués par des photons à l’intérieur d’un microrésonateur optique à modes de galerie. 

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

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Communication CNRS Ingénierie
Yannick Dumeige
Chercheur