Les ondes térahertz au secours de l’Internet sans fil

Malgré l’extension du réseau 4G, l’Internet sans fil a encore besoin de nombreuses innovations pour atteindre les mêmes débits que les fibres optiques. Une équipe internationale, basée notamment à l’Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, a montré que les ondes dans les environs des fréquences térahertz pouvaient prendre le relais des réseaux câblés. Ces travaux sont publiés dans Nature Photonics.

© IEMN (A. Duchêne) – Visuel qui illustre le composant principal, à savoir le composant qui permet de « passer » du monde des fibres optiques (en bas à gauche) au monde des térahertz (la spirale) pour les télécoms (petites formes en haut à droite).

En 2018, Internet représentera plus de 130 milliards de milliards d’octets de données échangés par mois. Comme la majeure partie de cette croissance est attendue sur les canaux sans fil, les infrastructures de transport ultra haut débit doivent considérablement évoluer. Cela demande des composants plus rapides, car la hausse du débit ne sera absorbée qu’avec une montée en fréquence des ondes vers le début de la bande THz (entre 220 et 350 GHz). Des chercheurs de l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN, CNRS/Université Lille-1/ISEN Lille/Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis/École centrale de Lille) ont pu mettre en place un premier démonstrateur, sur la base de dispositifs optoélectroniques qui transforment les signaux des fibres optiques en signaux radio.

Ces démonstrations utilisent des composants optoélectroniques qui réalisent un «?photomélange?». Dans ce procédé, deux lasers sont envoyés sur une même photodiode, qui les transforme en un signal qui correspond à la différence de leurs longueurs d’onde. Cela convertit des signaux optiques de l’ordre de la centaine de THz, typiques des fibres optiques, en un signal radio autour de 300 GHz. À l’IEMN, un débit de 32 Gbit/s en mode sans fil a été transmis sur plusieurs dizaines de mètres grâce à une fréquence d’environ 400 GHz. Ces fréquences permettent un très bon compromis entre les capacités des composants et l’atténuation des ondes dans l’air, ce qui permettra à terme d’atteindre la portée requise pour un usage urbain. Cette étape permet d’avancer vers les prochains défis : une vitesse de transfert supérieure à 100 Gbit/s et des transmissions sur plus d’un kilomètre.

La technologie associée à ces travaux a été développée grâce au réseau des grandes centrales de technologie RENATECH, à l’aide des laboratoires PhLAM et IRCICA et au soutien des programmes ANR COM’TONIQ, les Equipex FLUX, Excelsior et le CPER Photonics for society.

Références :

Advances in terahertz communications accelerated by photonics,
T. Nagatsuma, G. Ducournau and C.C. Renaud
Nature Photonics – 10, 371-379 (2016)
DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.65

Contacts chercheurs :
Guillaume Ducournau – IEMN
Contact communication INSIS :
insis.communication@cnrs.fr