diffracté permet d’améliorer la résolution et la sélectivité spectrale du dispositif. Pour ce faire, une
structure périodique dite « spectro-spatiale » est créée à la fois dans le volume du cristal et dans
l’espace des fréquences [4].
Dans les travaux originaux [5], l’analyseur arc-en-ciel a permis l’analyse spectrale instantanée
de signaux radio-fréquence transposés sur porteuse optique, avec une bande passante de 3.3 GHz et
une résolution de 33 MHz, soit 100 canaux spectraux. La programmation du cristal et la lecture étaient
réalisées de manière successive, ce qui limitait la probabilité de détection d'un signal transitoire. Le
démonstrateur développé par TRT vise une bande passante de 20 GHz et une résolution de 50 MHz,
soit 400 canaux, avec une analyse continue des signaux RF, soit une probabilité de détection d'un
signal transitoire de 100%.
Pour cela, deux lasers doivent être utilisés, l’un pour la programmation, et l’autre pour la lecture.
Les faisceaux #1 et #2 de programmation doivent être balayés angulairement et spectralement en
continu et de façon synchronisée, à une cadence supérieure à l’inverse du temps de vie des
populations (10 ms). En utilisant un scanner mécanique résonnant à 2 kHz et des optiques d’imagerie
appropriées, TRT a réalisé un montage qui devrait permettre de discriminer 400 canaux fréquentiels
sur les photo-détecteurs. TRT a aussi démontré que le laser de programmation peut être balayé sur
20 GHz, de façon reproductible et synchronisée avec le balayage angulaire.
Le cryostat utilisé dans ce démonstrateur est un cryostat à hélium liquide en circuit fermé, ce
qui permet d’une part de s’affranchir des problèmes actuels liés à l’approvisionnement en hélium
liquide, et d’autre part d’envisager des systèmes nécessitant moins de maintenance et plus
d’autonomie. Une expérience simple de diffraction a permis de vérifier que le niveau de vibration du
cryostat utilisé n’est pas critique pour le démonstrateur, et le montage permet de graver des filtres
d’une résolution de l’ordre de 10 MHz.
Les performances des différents blocs fonctionnels constituant l’analyseur spectral ayant été
validées, l’assemblage final et l’optimisation du démonstrateur est en cours.
En parallèle avec le travail réalisé à TRT, nous poursuivons au Laboratoire Aimé Cotton l’étude
de l’analyseur arc-en-ciel, sur un plan plus fondamental. En effet, une performance telle que
l'efficacité, limitée actuellement à quelques pourcents, présente l'une des voies d'amélioration possible
de la présente réalisation développée à TRT.
Notre étude est basée sur l’observation que les protocoles de traitement classique du signal et
les protocoles de mémoires quantiques sont très proches sur le plan fondamental, même si leurs
applications semblent très différentes. Dans une mémoire quantique, un objectif essentiel est
l'optimisation de la fidélité, c'est-à-dire de l'aptitude de la mémoire à restituer le signal lumineux dans
son état quantique originel. Cet objectif correspond à l’optimisation de l’efficacité dans un dispositif
d’analyse spectrale. De même, l'exigence de bas bruit des mémoires quantiques rejoint la recherche
de grande dynamique des processeurs d’analyse spectrale.
L’analyseur spectral arc-en-ciel et le protocole AFC (atomic frequency comb) mettent en jeu
tous deux la création de structures périodiques dans le spectre d’absorption du matériau.
L’optimisation de la structure gravée dans l’AFC a permis d’atteindre des efficacités de 35% [6,7].
Nous nous inspirons de ces études pour améliorer les performances de l’analyseur en termes
d’efficacité, sur un montage expérimental réduit à un seul canal spectral.
Références :
[1] K. D. Merkel, W. R. Babbitt, Opt. Lett. 23, 528 (1998).
[2] V. Damon, V. Crozatier, T. Chanelière, J.-L. Le Gouët and I. Lorgeré, J. Opt. Soc. Am. B 27, 524
(2010).
[3] H. Linget, L. Morvan, J.-L. Le Gouët and A. Louchet-Chauvet, Opt. Lett. 38, 643 (2013).
[4]
I. Lorgeré, L.Ménager, V. Lavielle and J.-L. Le Gouët, D. Dolfi, S. Tonda, and J.-P. Huignard, J. of
Mod. Opt. 49, 2459 (2002).
[5] V. Lavielle, F. De Seze, I. Lorgeré, J.-L. Le Gouët, J. Lumin. 107, 75-89 (2004).
[6] A. Amari, A. Walther, M. Sabooni, M. Huang, S. Kröll, M. Afzelius, I. Usmani, B. Lauritzen, N.
Sangouard, H. de Riedmatten, N. Gisin, J. Lumin. 130 1579 (2010).
[7] M. Bonarota, J. Ruggiero, J.-L. Le Gouët, and T. Chanelière, Phys. Rev. A, 81, 033803 (2010).