Pour les télécommunications sans fil du futur, du fait des besoins de débit toujours plus importants, il est nécessaire d’atteindre la région la plus extrême des ondes millimétriques (mmWave), ce qui correspond à des fréquences entre 30 et 300 GHz.

Jusqu’à présent, pour générer ses ondes millimétriques dans un dispositif photonique, on se limitait à l’utilisation de lasers proche infrarouge que l’on convertissait dans la région des mmWave. Cependant, une telle méthode n’est pas du tout compacte. De plus, utiliser des photons d’énergie très différente de celle des photons de la région mmWave, ce qu’on appelle le défaut quantique, induit une limitation intrinsèque de l’efficacité finale de la conversion. La région des ondes terahertz (THz), avec des photons de plus faible énergie, est par contre tout à fait adaptée. De plus, on sait les générer grâce à un dispositif miniature, le laser à cascade quantique (QCL). Ces lasers ont plusieurs autres avantages : leur dynamique ultrarapide et leurs fortes non-linéarités ouvrent la voie à un dispositif innovant intégrant à la fois l’effet laser et la génération de mmWave.

Dans cet article, des chercheurs du LPENS du groupe Nano-THz, en collaboration avec des équipes du C2N, du NEST à Pise, de l’ONERA Palaiseau et de l’Université de Leeds démontrent la génération de ces ondes millimétriques au sein d’une cavité d’un QCL THz, dans une plage jusqu’alors inexplorée, 25GHz – 500GHz. Ce travail ouvre une voie très importante pour la génération de mmWave de manière compacte et avec un faible bruit, en utilisant un peigne de fréquence THz.

Vue d’artiste d’un laser à cascade quantique THz en tant que source non-linéaire d’ondes millimétriques, où ces dernières sont générées au sein de la cavité (en rouge) et émises dans l’espace libre (en bleu) (Crédit David Darson)

 

 

En savoir plus :
Millimeter wave photonics with terahertz semiconductor lasers, Nature Communications (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21659-6

Informations complémentaires :
Laboratoire de Physique de L’Ecole normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)

Auteur correspondant : Sukhdeep Dhillon
Contact communication : L’équipe de communication