Les architectures photoniques collectives, constituées de multiples résonateurs connectés par des liens optiques, permettent de développer des simulateurs tout-optique et des structures topologiques pour la lumière. De leur côté, les systèmes nanomécaniques sont si légers qu’ils peuvent être pilotés par l’action mécanique de la lumière. Ils pourraient donc bénéficier de ces architectures pour adopter eux-aussi des comportements collectifs utiles.
Dans l’article « Light-mediated cascaded locking of multiple nano-optomechanical oscillators », une forme élémentaire d’architecture collective nano-optomécanique est réalisée, contrôlée expérimentalement et modélisée par les chercheurs du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (CNRS/Université Paris Diderot). De la lumière infrarouge, à une longueur d’onde typique des télécommunications fibrées, se propage sur une puce photonique semi-conductrice sur laquelle plusieurs systèmes nanomécaniques oscillent à très haute fréquence au Gigahertz (des milliards d’oscillations par seconde). Après avoir interagi avec un premier oscillateur, la lumière voyage jusqu’au second, puis jusqu’au troisième … créant finalement une cascade d’interactions optiques entre ces systèmes mécaniques tous distants. Lorsque le flux de lumière le long de cette cascade est assez intense, la chaîne d’oscillateurs mécaniques transite vers un état verrouillé en fréquence, où tous les oscillateurs oscillent de concert.
Bien que simple et adoptant un comportement classique dans cette première réalisation, les architectures optomécaniques collectives plus complexes et fonctionnant dans le régime quantique pourraient être à notre portée bientôt. Ce travail fait la couverture de la revue Physical Review Letters.
Figure :
Illustration d’une cascade optomécanique constituée de trois résonateurs en disque, placés le long d’un même guide optique dans lequel la lumière se propage uni directionnellement Chaque résonateur possède un mode de galerie optique, et vibre sur un mode de respiration radiale. La cascade est pompée optiquement depuis la gauche. La lumière est injectée dans le premier disque et interagit avec son mouvement mécanique. Le signal optique en sortie du premier disque se propage jusqu’au second résonateur, où une interaction similaire se produit. Le signal optique en sortie du second disque se propage finalement jusqu’au troisième.
Contact :
ivan.favero@univ-paris-diderot.fr
Référence :
Light-Mediated Cascaded Locking of Multiple Nano-Optomechanical Oscillators, E. Gil-Santos, M. Labousse, C. Baker, A. Goetschy, W. Hease, C. Gomez, A. Lemaître, G. Leo, C. Ciuti, and I. Favero, Physical Review Letters 118, 063605 (2017).