Les modulateurs conventionnels au niobate de lithium [à droite] sont l'épine dorsale des télécommunications modernes, convertir des données électroniques en informations optiques dans des câbles à fibres optiques mais sont encombrants, cher et gourmand en énergie. Cet intégré, le modulateur sur puce [centre] est 100 fois plus petit et 20 fois plus efficace. Crédit :Harvard SEAS
Modulateurs classiques au niobite de lithium, le cheval de bataille de longue date de l'industrie optoélectronique, pourrait bientôt suivre le chemin du tube à vide et de la disquette. Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ont développé une nouvelle méthode pour fabriquer et concevoir des modulateurs sur puce 100 fois plus petits et 20 fois plus efficaces que les modulateurs actuels au niobite de lithium (LN).
La recherche est décrite dans La nature .
« Cette recherche démontre une rupture technologique fondamentale en photonique intégrée, " a déclaré Marko Loncar, le professeur Tiantsai Lin de génie électrique à SEAS et auteur principal de l'article. « Notre plate-forme pourrait conduire à des projets à grande échelle, circuits photoniques très rapides et ultra-faibles pertes, permettant un large éventail d'applications pour les futures communications et calculs photoniques quantiques et classiques."
L'Office of Technology Development (OTD) de Harvard a travaillé en étroite collaboration avec le Loncar Lab sur la formation d'une start-up, HyperLumière, qui a l'intention de commercialiser un portefeuille de propriété intellectuelle fondamentale liée à cette recherche. La préparation de la technologie en vue du lancement d'HyperLight a été aidée par le financement de l'accélérateur des sciences physiques et de l'ingénierie d'OTD, qui fournit un financement translationnel pour des projets de recherche qui présentent un potentiel d'impact commercial important.
Les modulateurs au niobate de lithium sont l'épine dorsale des télécommunications modernes, convertir des données électroniques en informations optiques dans des câbles à fibres optiques. Cependant, les modulateurs LN conventionnels sont encombrants, cher et gourmand en énergie. Ces modulateurs nécessitent une tension de pilotage de 3 à 5 volts, nettement supérieur à celui fourni par les circuits CMOS typiques, qui fournit environ 1 volt. Par conséquent, séparé, des amplificateurs énergivores sont nécessaires pour piloter les modulateurs, limitant sévèrement l'intégration optoélectronique à l'échelle de la puce.
Réseaux de fibre optique, l'épine dorsale d'Internet, reposent sur la conversion d'informations haute fidélité du domaine électrique au domaine optique. Les chercheurs ont combiné le meilleur matériau optique avec des approches innovantes de nanofabrication et de conception, réaliser, a faible consommation, grande vitesse, faible perte, convertisseurs électro-optiques pour les communications quantiques et classiques. Crédit :Second Bay Studios/Harvard SEAS
"Nous montrons qu'en intégrant du niobate de lithium sur une petite puce, la tension de commande peut être réduite à un niveau compatible CMOS, " a déclaré Cheng Wang, co-premier auteur de l'article, ancien doctorat étudiant et stagiaire postdoctoral à SEAS, et actuellement professeur adjoint à la City University of Hong Kong. "Remarquablement, ces minuscules modulateurs peuvent également prendre en charge des débits de transmission de données jusqu'à 210 Gbit/s. C'est comme Antman - plus petit, plus vite et mieux."
"Les modulateurs optiques hautement intégrés mais performants sont très importants pour une intégration plus étroite de l'optique et de l'électronique numérique, ouvrant la voie aux futurs moteurs de traitement optoélectroniques fibre-in-fibre-out, " a déclaré Peter Winzer, Directeur de la recherche en transmission optique chez Nokia Bell Labs, le partenaire industriel de ce projet, et co-auteur de l'article. "Nous considérons cette nouvelle technologie de modulateur comme un candidat prometteur pour de telles solutions."
La niobite de lithium est considérée par beaucoup dans le domaine comme difficile à travailler à petite échelle, un obstacle qui a jusqu'à présent exclu la pratique intégrée, applications sur puce. Dans des recherches antérieures, Loncar et son équipe ont démontré une technique pour fabriquer des microstructures de niobate de lithium hautes performances en utilisant une gravure au plasma standard pour sculpter physiquement des microrésonateurs dans des films minces de niobate de lithium.
En combinant cette technique avec des composants électriques spécialement conçus, les chercheurs peuvent désormais concevoir et fabriquer un système intégré, modulateur sur puce haute performance.
"Précédemment, si vous vouliez rendre les modulateurs plus petits et plus intégrés, vous avez dû compromettre leurs performances, " a déclaré Mian Zhang, stagiaire postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de la recherche. "Par exemple, les modulateurs intégrés existants peuvent facilement perdre la majorité de la lumière lorsqu'elle se propage sur la puce. En revanche, nous avons réduit les pertes de plus d'un ordre de grandeur. Essentiellement, nous pouvons contrôler la lumière sans la perdre."
"Parce qu'un modulateur est un composant si fondamental de la technologie de la communication - avec un rôle équivalent à celui d'un transistor dans la technologie de calcul - les applications sont énormes, " a déclaré Zhang. " Le fait que ces modulateurs puissent être intégrés à d'autres composants sur la même plate-forme pourrait fournir des solutions pratiques pour les réseaux optiques longue distance de nouvelle génération, interconnexions optiques de centre de données, communications sans fil, radar, détection et ainsi de suite."
