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Couverture de Nature photonics

Nat photonics labex action julien fatome

Transmission d’informations par fibre optique ultra-robuste par paroi de domaine


Depuis plusieurs années, le groupe travaillant autour du projet ERC PETAL dirigé par Julien Fatome tente de mettre en évidence expérimentalement une nouvelle classe de solitons dans les fibres optiques qualifiés de parois de domaine de polarisation (Domain Wall).
La paroi de domaine est une structure topologique, un défaut qui connecte deux états stables d’un même système physique. Ces objets sont bien connus dans les matériaux ferromagnétiques pour lesquels ils représentent l’interface entre deux régions de l’espace dans lesquelles les dipôles s’alignent en sens opposés. Ils trouvent de nombreuses applications dans les nouvelles générations de circuiteries électriques/électroniques ou encore en spintronique pour le stockage d’information quantique.


D’abord décrits théoriquement dans les années 90s, leur équivalent en photonique n’a pu être observé jusqu’à présent. Comme l’illustre la figure ci-contre, au sein d’un faisceau lumineux se propageant dans une fibre optique, une paroi de domaine optique représente une transition brutale du champ électrique entre deux états de polarisation orthogonaux. La polarisation de la lumière tourne dans un sens puis « se pince » et tourne alors dans l’autre sens, c’est cette transition (de quelques picosecondes) qui est appelée paroi de domaine. Ce noeud de polarisation sépare alors deux régions voisines stables de l’espace pour lesquelles la polarisation de la lumière tourne en sens opposés. Ces structures possèdent des propriétés physiques remarquables qui leurs permettent de se propager sans déformation et donc de transporter de l’information codée.

Pour la première fois, une équipe de chercheurs du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, dirigée par Julien Fatome ont pu générer, observer et propager ces noeuds de polarisation dans une fibre optique traditionnelle. Au-delà de la simple preuve expérimentale de leur existence, cette équipe de l’Université de Bourgogne Franche-Comté a démontré que ces parois de domaine pouvaient être exploitées comme entité de bit pour transmettre des données optiques avec une incroyable robustesse (voir figs a&b ci-dessous ainsi que la vidéo postée à cette adresse) :
https://www.facebook.com/petal.inside/videos/677334285756536/ ou https://youtu.be/8O5F3MzeqQI

 

 

Gauche : Observation expérimentale des parois de domaine en sortie de fibre en fonction de la puissance injectée. La séquence binaire décrivant l’acronyme du projet PETAL est injectée dans la fibre optique. Top : transmission classique sans domaine de polarisation, l’information se dégrade. En bas, les 2 composantes de polarisation se sont propagée sans déformation et forment 2 lumières siamoises en parfaite symbiose. L’information est bien conservée. Droite : Julien Fatome dans son Laboratoire, Crédit : A. Chézière.

 

D’autre part, grâce aux remarquables propriétés des parois de domaine, ces chercheurs ont également mis en évidence l’émergence spontanée de ces structures au sein d’un système d’ondes incohérentes donnant lieu à un phénomène de ségrégation de polarisation auto-induit analogue aux transitions de phase rencontrées dans les matériaux ferromagnétiques. Cette dernière observation pourrait trouver des applications dans la synchronisation de signaux chaotiques ou pour la transmission d’informations cryptées.

nature photonics fatome icb labex actionCe travail a été effectué dans le cadre de l’ERC Starting Grant PETAL (Polarization condEnsation for Telecom AppLications) à l’Université de Bourgogne sur la plateforme PICASSO avec le soutien du Labex ACTION notamment et ces résultats sont publiés à la Une de  Nature Photonics (February 2017 Volume 11 No 2)

 M. Gilles, P-Y. Bony, J. Garnier, A. Picozzi, M. Guasoni & J. Fatome, « Polarization domain walls in optical fibers as topological bits for data transmission, » Nature Photonics, accepted, in press (2017).

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