Les scientifiques de l'INRS ayant participé à la recherche (de gauche à droite: Roberto Morandotti, Junliang Dong, Giacomo Balistreri, Pei You). Photo © Robin Helsten.
Un nouveau guide d’ondes pourrait révolutionner la transmission et le traitement des signaux THz pour des réseaux de communication plus rapides et plus étendus.
Transporter des données en utilisant la région spectrale térahertz (THz) pourrait répondre à la demande croissante pour un taux de transfert inégalé, soit des térabits par seconde (Tb/s), car elle offre une plus grande largeur de bande. Cependant, il est extrêmement difficile de développer des composants qui vont au-delà des fonctionnalités les plus simples. Le chercheur postdoctoral Junliang Dong et une équipe internationale de scientifiques, sous la supervision du professeur Roberto Morandotti de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), ont mis au point un nouveau guide d’ondes pour surmonter ces limitations. Leurs travaux, une première dans le domaine, ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature communications.
La gravure comme solution
Dans l’article, les scientifiques proposent une nouvelle approche pour la réalisation du traitement des signaux THz à large bande dans les guides d’ondes à fils métalliques. Cette approche consiste à modifier la surface des fils métalliques par la gravure, ces fils agissent comme des tunnels pour les ondes électromagnétiques et confinent leur propagation.
Ce concept est exploité pour la première fois dans le régime THz. Il permet une flexibilité sans précédent pour manipuler les impulsions se propageant dans les guides d’ondes, ce qui permet des fonctionnalités de traitement du signal plus complexes. Par exemple, on pourrait penser à une « messagerie holographique » en 6G, en comparaison aux SMS et à la messagerie vocale en 1G et 2G.
Outre le transport des données, les guides d’ondes THz innovants peuvent offrir des fonctionnalités polyvalentes de traitement des signaux. Leurs avantages des guides d’ondes en fils métalliques ? Notamment la simplicité structurelle, la pliabilité, ainsi que la similitude avec les câbles de connexion, les rendent très prometteurs. Toutefois, le confinement étroit du signal limite les possibilités de manipulation des ondes THz qui s’y propagent.
Une approche universelle
Comme preuve de concept, les chercheurs introduisent une géométrie de guide d’ondes totalement nouvelle : le guide d’ondes à quatre fils (FWWG), capable d’entretenir deux ondes indépendantes polarisées verticalement et horizontalement afin qu’elles n’interfèrent pas l’une avec l’autre. Ce système est le premier à permettre le multiplexage, c’est-à-dire la transmission des deux canaux d’information sur un seul chemin. Plus important encore, en intégrant les réseaux de Bragg à la gravure, les canaux peuvent être manipulés indépendamment.
« Notre dispositif représente la première architecture de guide d’ondes THz à base de métal qui prend en charge le multiplexage par répartition de la polarisation. En particulier, la possibilité de réaliser une fonctionnalité de traitement du signal aussi complexe, c’est-à-dire la manipulation indépendante de signaux THz multiplexés, n’a jamais été réalisée ailleurs », conclut le professeur Morandotti.
Cette approche universelle pour la réalisation du traitement des signaux THz à large bande, associée à de nouvelles conceptions de guides d’ondes, ouvre la voie à la prochaine génération de réseaux. Elle permettra de réaliser des scénarios d’application fascinants, tels que la transmission multicanaux de vidéos non comprimées à ultra-haute définition, le transfert de données à ultra haute vitesse sur de courtes distances entre des dispositifs, ainsi que les communications de puce à puce.
À propos de l’étude
L’article « Versatile metal-wire waveguides for broadband terahertz signal processing and multiplexing », par Junliang Dong, Alessandro Tomasino, Giacomo Balistreri, Pei You, Anton Vorobiov, Étienne Charette, Boris Le Drogoff, Mohamed Chaker, Aycan Yurtsever, Salvatore Stivala, Maria A. Vincenti, Costantino De Angelis, Detlef Kip, José Azaña, et Roberto Morandotti, a été publié le 8 février 2022. Ce travail a été financé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), par la bourse postdoctorale Mitacs Elevate et par le Programme des chaires de recherche du Canada.
Source :
Service des communications et des affaires publiques
INRS, 15 février 2022
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