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Repolariser la lumière d’une fibre optique sans perdre d’énergie

Des physiciens français, italiens et russes ont proposé et réalisé un dispositif permettant de repolariser la lumière se propageant dans une fibre optique sans perdre d’énergie et sans ajouter de bruit au signal transporté.

La polarisation d’un faisceau de lumière, c’est-à-dire la direction d’oscillation du champ électrique de cette onde, évolue de manière aléatoire et imprévisible lors de la propagation dans une fibre optique. Comme la grande majorité des dispositifs optoélectroniques ne fonctionne qu’avec une seule direction de polarisation, il est nécessaire de repolariser la lumière après propagation. Toutefois, les polariseurs conventionnels font perdre la moitié de l’énergie de l’onde et transforment les fluctuations de polarisation en fluctuations de l’intensité lumineuse. Dans ces travaux, une équipe de physiciens du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne – ICB (CNRS / Université de Bourgogne), associée à un chercheur italien de l’Université de Brescia et à un chercheur russe de l’Université de St-Pétersbourg, viennent de proposer une approche nouvelle du contrôle de la polarisation basée sur un effet d’optique non linéaire inattendu qui conduit la lumière à s’auto-organiser et ainsi à « condenser » son état de polarisation au cours de sa propagation dans une fibre optique. Cette approche a été démontrée expérimentalement et théoriquement et appliquée à un signal de télécommunication cadencé à 40 Gbit/s. Ce travail a fait l’objet d’un dépôt de brevet et d’une publication dans la revue Scientific Reports. Ce sont les premiers résultats obtenus dans le cadre de l’ERC PETAL sur l’auto-organisation de la lumière dans les fibres optiques.

Cette capacité de la lumière à auto-organiser son état de polarisation lors de sa propagation est basée sur un effet non-linéaire se manifestant au sein d’une fibre optique entre le signal transmis et l’onde réfléchie à l’autre extrémité par un miroir. Ce phénomène d’auto-organisation permet alors d’imposer à un signal optique ayant une polarisation quelconque, une polarisation de sortie fixe, et ce indépendamment de sa polarisation initiale et de son environnement (température, vibrations ou contraintes extérieures). Les physiciens de l’Université de Dijon ont testé expérimentalement cette approche en réalisant un nouvel outil appelé Omnipolariseur capable de contrôler complètement l’état de polarisation d’un signal lumineux. Cette nouvelle fonction optique a ensuite pu être appliquée avec succès à un signal Télécom transportant une information cadencée à 40 Gbit/s. Une concordance théorie-expérience a été obtenue par l’intermédiaire d’une approche géométrique développée pour décrire les singularités des systèmes hamiltoniens. L’approche développée dans cette étude permet d’envisager la polarisation de la lumière dans les fibres optiques, non plus comme une variable aléatoire néfaste mais comme un degré de liberté supplémentaire contrôlable. Les physiciens travaillent désormais à la prochaine étape de ce projet de recherche qui consiste à généraliser ce concept à d’autres paramètres de la lumière.

Source : Institut National de Physique du CNRS