Les circuits intégrés photoniques (CIP) figurent parmi les technologies photoniques les plus prometteuses du XXIe siècle. Découvrons comment les lasers à fibre dans le moyen infrarouge peuvent jouer un rôle significatif dans le développement de ces technologies.
L’avènement de la photonique intégrée.
Les matériaux semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium sont parmi les matériaux les plus largement utilisés dans l’industrie électronique. Récemment, des efforts ont été déployés pour adapter les fonderies CMOS au développement de dispositifs photoniques intégrés, l’une des tendances majeures de l’industrie photonique aujourd’hui. Avec l’utilisation de photons au lieu d’électrons, les circuits intégrés photoniques (CIP) basés sur le silicium, le germanium ou d’autres matériaux semi-conducteurs permettent le développement de transmetteurs-récepteurs, de commutateurs et de capteurs ultra-compacts et économiques avec des capacités supérieures à celles de leurs homologues électroniques. Ces dispositifs devraient jouer un rôle important dans l’ère émergente de l’Internet des objets (IoT). Certains rêvent même d’un monde photonique où la plupart des composants électroniques actuels sont remplacés par des dispositifs photoniques !
La région spectrale du moyen infrarouge (2-20 µm) présente d’importantes opportunités de croissance pour les circuits intégrés photoniques, en particulier pour les applications de détection et les applications non linéaires.
Applications de détection
Le moyen infrarouge couvre les signatures spectrales les plus importantes des molécules, faisant de cette bande la région d’empreinte idéale pour la détection moléculaire. Les circuits intégrés photoniques peuvent ainsi être optimisés pour développer des capteurs compacts intégrés sur puce pour la surveillance environnementale, le contrôle des processus industriels ou même le diagnostic médical.
Optique non linéaire
Le silicium et le germanium sont des matériaux non linéaires puissants qui sont principalement transparents dans le moyen infrarouge. De plus, la nature de guidage d’onde des circuits intégrés photoniques entraîne un confinement important de la lumière se propageant à l’intérieur du dispositif. De nouveaux effets non linéaires tels que le mélange à quatre ondes et les diffusions stimulées de Raman et Brillouin peuvent être considérablement améliorés par la flexibilité infinie dans la conception des circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge. Par exemple, des supercontinuum compacts et des peignes de fréquences optiques ont déjà été démontrés à l’aide de circuits intégrés photoniques non linéaires [3,4]. Malheureusement, ces effets non linéaires sont atténués par l’absorption de porteurs libres et la dispersion résultant de l’absorption à deux photons (TPA) dans le guide d’ondes lorsque des lasers dans le proche infrarouge (longueur d’onde < 2,2 µm) sont utilisés dans l’expérience. Ce problème majeur pourrait donc être contourné en utilisant des lasers dans le moyen infrarouge émettant au-dessus de 2,5 µm.
Lasers à fibre dans le moyen infrarouge pour des applications de laboratoire sur puce.
Jusqu’à présent, les démonstrations de circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge sont limitées en raison du manque de lasers simples, compacts et de haute puissance dans le moyen infrarouge.
Chez Femtum, nous résolvons ce problème limitant en proposant les premiers lasers et amplificateurs à fibre dans le moyen infrarouge. Nos lasers et amplificateurs génèrent une lumière de haute puissance, électroniquement accordable de 2,8 à 3,6 µm, offrant la flexibilité et la simplicité qui permettent aux chercheurs de se concentrer sur leurs applications de laboratoire sur puce dans le moyen infrarouge. Avec la livraison de faisceau par fibre et une qualité de faisceau de sortie quasi parfaite, les lasers Femtum peuvent être couplés efficacement aux circuits intégrés photoniques. Les amplificateurs Femtum dans le moyen infrarouge peuvent également être associés à des semi-conducteurs existants ou à des lasers interbandes cascade pour augmenter la puissance optique et rendre la configuration encore plus robuste et compacte.
