Des scientifiques ont mis au point un nouveau type d’amplificateur laser capable de transmettre des informations 10 fois plus rapidement que les technologies actuelles. Cette innovation pourrait transformer radicalement notre façon d’utiliser Internet et ouvrir la voie à de nombreuses applications médicales et technologiques.
Une avancée majeure face à l’explosion du trafic de données
Les amplificateurs laser servent à renforcer l’intensité des faisceaux lumineux. Le modèle développé par des chercheurs suédois réussit à multiplier par dix la vitesse de transmission en élargissant considérablement la bande passante – c’est-à-dire les longueurs d’onde lumineuses par lesquelles les lasers peuvent transmettre l’information.
Cette innovation arrive à point nommé. La quantité d’informations que nous générons et transmettons augmente chaque jour. Avec la multiplication des services de streaming, des appareils connectés et de l’IA générative, Nokia Bell Labs prévoit dans son rapport sur le trafic réseau mondial que le volume de données doublera d’ici 2030.
Les systèmes actuels de télécommunication optique transmettent l’information en envoyant des impulsions de lumière laser à travers des câbles à fibres optiques, qui sont de fins filaments de verre. La capacité – la quantité d’information pouvant être transmise – est déterminée par la bande passante de l’amplificateur. Face à l’augmentation du trafic de données, cette bande passante devient donc un facteur clé.
Une technologie aux performances impressionnantes
« Les amplificateurs actuellement utilisés dans les systèmes de communication optique ont une bande passante d’environ 30 nanomètres », explique Peter Andrekson, auteur principal de l’étude et professeur de photonique à l’Université de technologie Chalmers en Suède. « Notre amplificateur dispose d’une bande passante de 300 nanomètres, lui permettant de transmettre dix fois plus de données par seconde que les systèmes existants. »
Les résultats de cette recherche ont été publiés le 9 avril dans la prestigieuse revue Nature.
Comment fonctionne cette innovation?
Le nouvel amplificateur est fabriqué en nitrure de silicium, un matériau céramique durci résistant aux températures élevées. Il utilise des guides d’ondes en forme de spirale pour diriger efficacement les impulsions laser et éliminer les anomalies du signal. La technologie a également été miniaturisée, permettant d’intégrer plusieurs amplificateurs sur une petite puce.
Les chercheurs ont opté pour des guides d’ondes en spirale plutôt que d’autres types car ils permettent de créer des chemins optiques plus longs dans un espace réduit. Cela améliore des effets utiles comme le mélange à quatre ondes, qui se produit lorsque deux fréquences optiques ou plus sont combinées pour amplifier la sortie avec un minimum de bruit (interférences externes pouvant perturber la qualité du signal).
Il est important de noter que la vitesse de la lumière étant constante, la lumière laser elle-même ne voyage pas plus vite que celle des lasers conventionnels. C’est la bande passante plus large qui permet au nouvel amplificateur de transmettre 10 fois plus de données.
Des applications multiples au-delà d’Internet
L’amplificateur fonctionne actuellement dans une gamme de longueurs d’onde de 1 400 à 1 700 nanomètres, ce qui se situe dans la plage infrarouge à ondes courtes. La prochaine étape de la recherche sera d’examiner son fonctionnement sur d’autres longueurs d’onde, comme celles de la lumière visible (400 à 700 nanomètres) et une gamme plus large de lumière infrarouge (2 000 à 4 000 nanomètres).
Cette technologie pourrait révolutionner plusieurs domaines:
- L’imagerie médicale, en permettant des analyses plus précises des tissus et organes
- L’holographie, avec des rendus plus détaillés
- La spectroscopie, pour des analyses chimiques plus fines
- La microscopie, avec une résolution améliorée
- Les télécommunications, avec un Internet beaucoup plus rapide
La miniaturisation de cette technologie pourrait aussi rendre les lasers pour les applications basées sur la lumière plus petits et plus abordables.
« De légères modifications de la conception permettraient également d’amplifier la lumière visible et infrarouge », ajoute Andrekson. « Cela signifie que l’amplificateur pourrait être utilisé dans des systèmes laser pour le diagnostic, l’analyse et le traitement médical. Une large bande passante permet des analyses et des images plus précises des tissus et des organes, facilitant la détection précoce des maladies. »
Vers une nouvelle génération de technologies optiques
Cette avancée s’inscrit dans un mouvement plus large d’innovation dans le domaine de l’optique. D’autres recherches récentes ont vu la création d’unités de traitement neuronal alimentées par la lumière qui pourraient réduire massivement la consommation d’énergie dans les centres de données d’IA, ou encore des puces photoniques pour l’IA.
Vous vous demandez quand cette technologie sera disponible pour le grand public? Il faudra probablement attendre quelques années avant de voir ces super lasers intégrés dans nos infrastructures internet. Mais cette découverte marque une étape importante vers un avenir où nos connexions seront non seulement plus rapides, mais aussi plus efficaces énergétiquement.
Un impact environnemental potentiellement positif
Au-delà de la performance pure, cette technologie pourrait avoir un impact environnemental intéressant. En transmettant davantage de données avec la même quantité d’énergie, ces amplificateurs pourraient contribuer à réduire l’empreinte carbone du secteur numérique, un enjeu de plus en plus pressant à l’heure où les data centers consomment des quantités croissantes d’électricité.
- Réduction de la consommation énergétique par bit transmis
- Diminution potentielle du nombre d’amplificateurs nécessaires sur les longues distances
- Possibilité d’alimenter plus efficacement les technologies émergentes comme l’IA
Avec cette innovation, nous entrons véritablement dans une nouvelle ère de la transmission optique, où la lumière nous permettra non seulement de communiquer plus rapidement, mais aussi de façon plus durable.