Peignes optiques pour un synthétiseur d'ondes photoniques et pour le contrôle de fréquence – PhotoSynth

Depuis l’avènement du laser, émuler les nombreuses avancées technologiques réalisées dans l'électronique avec des ondes optiques a été, et reste, un objectif majeur dans le domaine scientifique et technologique. Malgré les énormes progrès accomplis afin de concrétiser la raison d'être de la photonique et sa matérialisation dans ce que serait un ordinateur photonique ou un appareil multifonctions photonique, il reste encore un certain nombre de défis scientifiques à relever pour pouvoir réussir le saut d'une technologie électronique à une « ère toute photonique". Parmi les défis qui apporteraient à la photonique un degré de maturité semblable à celui de l'électronique, nous comptons la synthèse d'ondes et les solutions intégrées pour la référence et le contrôle de fréquences optiques. Le présent projet vise à relever ces défis en proposant une approche radicalement nouvelle afin d’édifier les jalons technologiques et scientifiques nécessaires pour la synthèse des formes d'onde optiques d'une manière analogue à un générateur de fonctions électroniques.
Le projet repose sur l'utilisation d’une technologie émergente de photonique intégrée confinant des milieux dilués ou gazeux afin de développer des composants et systèmes photoniques innovants pour le développement de peignes de fréquences optiques ultra-larges, de résonateurs photoniques et d’horloges atomiques photoniques.

La synthèse des formes d'ondes électroniques et le contrôle de leurs fréquences avec des horloges de hautes précision et stabilité font partie intégrante de la technologie électronique et forment une brique de base pour le traitement des données ainsi que leur synchronisation et leur diffusion. Ces capacités sous-tendent tous les aspects de l’activité humaine d'aujourd'hui ou celles des investigations scientifiques et technologiques. Par exemple, presque tous les types d'instruments modernes sont gérés grâce à la capacité de traitement et d'échange de données qui repose sur des oscillateurs et des horloges qui sont soit intégrées dans les instruments eux-mêmes ou qui leur sont liées par des réseaux de télécommunication tels que le système de positionnement global (GPS).
En revanche, et malgré leur succès et leur développement rapide, les technologies de la photonique n'ont pas encore atteint le degré de maturité dans la synthèse d'onde que celle que nous trouvons en électronique. En effet, la synthèse d'ondes optiques est aujourd’hui synonyme soit d’une modulation de phase, grâce à des composants électro-optiques ou à des micro-résonateurs diélectriques, soit d’une mise-en-forme d’impulsions ultra-courtes. Cette terminologie d’apparence «trompeuse» reflète surtout l’état embryonnaire de la synthèse de forme d'onde en photonique et en optique ultra-rapide. Ceci s’explique par l’absence de l’ingrédient principal qu’est le peigne de fréquences optiques à base de composants spectraux continues (CW) couvrant plusieurs octaves de l’UV jusqu’à l’infrarouge moyen. À ce jour, toutes les techniques existantes pour la génération de ces larges peignes, comme la génération d'harmoniques élevées (HHG), sont basées sur des impulsions optiques.

Exploiter les ondes optiques avec le même degré de contrôle qu'en électronique va certainement transformer radicalement le domaine de la photonique, en apportant une pierre angulaire à ce qui serait un générateur de fonctions photoniques et potentiellement à ce qui serait un ordinateur photonique. En outre, la production d’un peigne optique CW à plusieurs octaves aurait un impact sur la spectroscopie hyper rapide et précise, l'optique quantique et l'informatique, ainsi que le traitement de données optiques ultra-rapide, y compris l’émergente attoscience. Le projet s'appuie sur les développements récents dans l'optique non linéaire cohérente et en photonique et matériaux photoniques pour relever le défi de la synthèse de formes d'onde optiques arbitraires et leur référence à une horloge atomique.