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Les systèmes optiques du futur utiliseront peut-être des interrupteurs entre photonique et plasmonique
Ils peuvent changer la lumière de direction plusieurs millions de fois par seconde

Le , par dourouc05

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Les réseaux informatiques actuels demandent une bande passante de plus en plus importe, que seule la fibre optique semble permettre. Cependant, pour des réseaux à grande échelle, du matériel de commutation est indispensable pour envoyer les paquets à l’endroit où ils sont attendus. Ces commutateurs optiques sont pour le moment très gros et consomment énormément d’énergie, trop pour suivre le mouvement de l’électronique photonique, qui consiste à intégrer des composants optiques à l’intérieur des puces en silicium utilisées pour réaliser les processeurs actuels. L’autre option est de transformer les signaux optiques en signaux électriques, de les traiter comme s’ils venaient d’un canal en cuivre, puis de les réémettre dans le domaine optique : c’est une perte de temps énorme, qui limite les débits.

Un nouveau commutateur nanooptoélectromécanique (donc, de petite taille, qui travaille dans le domaine optique, avec un comportement mécanique) pourrait changer la donne. Celui-ci pourrait être créé dans des puces de silicium traditionnelles, avec une logique CMOS : il occuperait une place d’à peine une dizaine de microns carrés et nécessiterait une tension d’alimentation d’un volt. On pourrait donc profiter de tous les avantages des communications en fibres optiques, y compris pour un réseau local, sans devoir passer impérativement par un réseau cuivré.

Son principe de base est de trouver un point commun entre les photons et les électrons. Les premiers (des particules de lumière) traversent tout à la vitesse de la lumière (au sens propre), ce qui leur permet de transporter de l’information très vite. Cependant, cette vitesse n’est atteignable que parce que les photons interagissent très peu avec leur environnement : il faut beaucoup d’énergie pour les dévier. Au contraire, les électrons (des particules chargées qui transportent l’électricité) interagissent de manière beaucoup plus forte, au prix d’un ralentissement certain (et d’une consommation énergétique supérieure pour leur déplacement).



Le commutateur proposé est constitué d’un disque au niveau d’une intersection en T entre deux guides optiques, situés à la perpendiculaire. La couche supérieure du disque est une membre d’or de quarante nanomètres, posée sur un morceau d’alumine, lui-même déposé sur une couche de silicium. Cette structure sert de guide d’onde courbé qui peut transférer de la lumière vers l’une ou l’autre sortie, sans jamais transformer les photons en électrons.

La magie se situe dans la feuille d’or : les électrons oscillent et excitent les électrons de cette feuille d’or. Ces vibrations produisent des plasmons qui vibrent à la même fréquence que la lumière. Ces derniers restent confinés entre l’or et le silicium, ce qui crée un effet optoélectromécanique concentré. Si on n’applique aucune tension électrique à ce commutateur, la lumière transite dans un sens, avec très peu de pertes. Au contraire, dès qu’on applique une tension de l’ordre du volt, les charges statiques poussent la feuille d’or plus près du silicium, ce qui a pour effet de changer la forme du guide d’onde : la lumière est redirigée.

Ce procédé peut fonctionner très vite, avec des décisions de commutation prises plusieurs millions de fois par seconde. Cependant, le côté mécanique apporte une certaine limitation : il est impossible de réagir endéans la picoseconde, ce qui empêche l’utilisation d’un tel mécanisme dans des émetteurs optiques.



Source : IEEE.
Plus de détails : la publication complète.

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