Par Pesach Benson • 11 mars 2026
Jérusalem, 11 mars 2026 (TPS-IL) — Des scientifiques israéliens ont développé un dispositif optique microscopique capable de combiner la lumière de dizaines de petits lasers à semi-conducteurs dans une seule fibre optique avec une perte d'énergie minimale, simplifiant potentiellement les systèmes laser de haute puissance, les communications optiques, ainsi que les systèmes de détection et d'imagerie.
Une équipe de chercheurs de l'Université hébraïque de Jérusalem — dirigée par Yoav Dana, doctorant sous la supervision du professeur Dan M. Marom à l'Institut de physique appliquée de l'université — a créé un minuscule dispositif imprimé en 3D, connu sous le nom de lanterne photonique, capable de fusionner la lumière de nombreux lasers dans une seule fibre optique multimode tout en préservant sa luminosité. Leur principale avancée a été de démontrer que le dispositif peut combiner efficacement la lumière de lasers émettant plusieurs modes spatiaux, ce que les conceptions antérieures de lanternes photoniques ne pouvaient pas faire.
Dans une fibre optique, la lumière ne se déplace pas toujours comme un seul faisceau étroit. Au lieu de cela, elle peut se propager à travers la fibre selon différents motifs sur sa section transversale. Ces motifs sont appelés modes spatiaux. Dans une fibre monomode, un seul schéma de lumière peut se propager, tandis que dans une fibre multimode, plusieurs schémas peuvent se déplacer simultanément, chacun empruntant un chemin légèrement différent à travers la fibre. Une analogie courante compare les modes spatiaux aux voies dans un tunnel : un tunnel étroit ne permet qu'une seule voie de circulation, tandis qu'un tunnel plus large en autorise plusieurs, chaque voie représentant un mode spatial différent transportant la lumière à travers la fibre.
Les systèmes laser de haute puissance reposent souvent sur la combinaison de la lumière de nombreux petits lasers pour obtenir une puissance de sortie plus élevée. Cependant, le couplage efficace de ces sources dans une fibre a longtemps posé un défi technique, en particulier lorsque les lasers émettent plusieurs modes spatiaux de lumière. Les lanternes photoniques traditionnelles étaient conçues pour des entrées monomodes, les rendant mal adaptées à la lumière multimode produite par les réseaux de lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) de haute puissance, largement utilisés dans les communications optiques, les systèmes de détection et les lasers industriels de haute puissance.
L'équipe de l'Université hébraïque a résolu ce problème en concevant un nouveau type de lanterne photonique multimode qui permet à plusieurs sources laser multimodes de fusionner en douceur dans une seule fibre multimode grâce à une transition optique soigneusement conçue.
Dans des expériences, les scientifiques ont démontré des dispositifs capables de combiner 7, 19, voire 37 lasers VCSEL dans une seule fibre. Étant donné que chaque laser produit plusieurs modes spatiaux de lumière, le système a pu prendre en charge jusqu'à 222 modes spatiaux au total.
Malgré la combinaison de dizaines d'entrées laser, les dispositifs sont restés extrêmement petits. L'ensemble de la structure de la lanterne photonique mesure moins d'un demi-millimètre de long, soit plusieurs ordres de grandeur plus petite que les systèmes de multiplexage optique traditionnels qui reposent sur des lentilles et des assemblages optiques plus volumineux.
Les dispositifs ont également maintenu une grande efficacité, avec des pertes de couplage aussi basses qu'environ 0,6 décibel pour un dispositif à 19 entrées et environ 0,8 décibel pour une version à 37 entrées.
Les nouvelles lanternes photoniques sont appelées à transformer les systèmes laser de haute puissance en combinant la sortie de nombreux petits lasers dans une seule fibre, produisant des faisceaux puissants et concentrés dans un appareil beaucoup plus petit et plus compact que les systèmes traditionnels. Leur taille microscopique et leur haute efficacité les rendent idéales pour les applications où l'espace est limité, permettant des technologies laser portables ou miniaturisées qui délivrent toujours une puissance optique significative.
Les lanternes photoniques pourraient considérablement augmenter la capacité de données des réseaux de fibres optiques et permettre des avancées dans les communications optiques, la détection et la recherche scientifique. Elles permettent des mesures plus précises en imagerie médicale, en LiDAR pour les véhicules autonomes et la robotique, et peuvent capturer et canaliser des sources lumineuses complexes en astronomie.
L'étude, financée par l'Autorité israélienne de l'innovation et menée avec la société israélienne Civan Lasers, a été publiée dans la revue à comité de lecture Nature Communications.
