Des réseaux intelligents à l’Internet des objets, le monde moderne dépend de plus en plus de la connectivité entre les appareils électroniques. Grâce à une équipe de recherche de l’Université d’Ottawa, ces appareils peuvent désormais être connectés et alimentés simultanément par une simple fibre optique sur de longues distances, même dans les environnements les plus difficiles.
Cette avancée considérable dans la mise au point de convertisseurs de puissance photonique (des dispositifs qui transforment la lumière laser en énergie électrique) pourrait permettre d’intégrer dans l’infrastructure de fibre optique existante des solutions d’alimentation par laser à distance. Il en résulterait une amélioration de la connectivité et de la fiabilité des communications dans les endroits reculés et les situations extrêmes.
« Dans les systèmes habituels d’alimentation qui transportent de l’énergie par fibre, la majeure partie de la lumière laser est perdue », explique la professeure Karin Hinzer du SUNLAB de l’Université d’Ottawa, qui a collaboré à l’étude avec l’Institut Fraunhofer d’Allemagne pour les systèmes d’énergie solaire. « Grâce à ces nouveaux dispositifs, la fibre peut être beaucoup plus longue. »
Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche du SUNLAB a mis au point un modèle de simulation pour les convertisseurs de puissance photoniques à jonctions multiples fonctionnant aux longueurs d’onde infrarouges utilisées pour les télécommunications, qui présentent de faibles pertes d’atténuation par kilomètre dans la fibre. « Le dispositif fabriqué améliore de façon spectaculaire la puissance et la transmission de données sur des distances supérieures à un kilomètre, là où les systèmes conventionnels ne sont pas viables », ajoute Gavin Forcade, premier auteur de l’article.
Intégration de capteurs de puissance et de capteurs en fibre
Le terme « jonctions multiples » signifie que les dispositifs sont construits en empilant de nombreuses jonctions semi-conductrices qui absorbent la lumière, ce qui permet de convertir une plus grande partie de la lumière laser totale en énergie électrique et d’ainsi augmenter à la fois le rendement et la tension. À l’aide de ce modèle, les équipes ont pu concevoir et fabriquer un convertisseur de puissance photonique produisant plus de 2 volts à son point de puissance maximale, avec un rendement supérieur à 53 %.
L’adoption de convertisseurs de puissance photoniques dans les longueurs d’onde utilisées en télécommunications pourrait améliorer la fiabilité des réseaux, réduire les coûts en bonifiant le rendement des systèmes et accroître la rapidité et la robustesse des réseaux, ce qui profiterait à différentes technologies :
- Technologies de surveillance des réseaux intelligents
- Capteurs de surveillance de l’état des pales d’éoliennes à l’épreuve de la foudre
- Jauges de carburant anti-étincelles dans les avions
- Capteurs distribués pour l’Internet des objets
- Liens avec des caméras vidéo à distance
- Capteurs qui vont sous l’eau
- Puissance laser dans l’espace libre, qui aura des applications telles que l’alimentation et la communication simultanées avec des drones, des satellites et des véhicules lunaires.
L’avenir des infrastructures de télécommunication
« Cela pourrait améliorer l’alimentation des capteurs à haute tension et des capteurs de surveillance pour les réseaux intelligents sans risque de défaillance causée par la foudre, en plus de réduire les risques d’étincelles dans les environnements dangereux, et de transmettre simultanément de l’énergie et des données à des dispositifs distants sur l’infrastructure à fibre optique existante », ajoute Karin Hinzer, titulaire de la Chaire de recherche de l’Université sur les dispositifs photoniques pour la production d’énergie.
SUNLAB est le principal centre de recherche photovoltaïque du Canada. Ses recherches se concentrent sur les dispositifs à haut rendement, et le laboratoire se spécialise dans l’énergie solaire, l’optoélectronique et la photonique.
L’article, intitulé Multi-junction laser power converters exceeding 50% efficiency in the short wavelength infrared (convertisseurs de puissance laser à jonctions multiples de rendement supérieur à 50 % dans le spectre infrarouge à ondes courtes), a été publié dans Cell Reports Physical Science le 28 mai 2025.
Demandes des médias : [email protected]