Un chercheur de l'Arizona State University a fait une autre percée en utilisant l'erbium, une terre rare, comme matériau de gain pour un amplificateur optique, cette fois avec une réalisation qui permettra son utilisation pour la première fois avec des technologies optiques à petites puces. La découverte atteint un objectif de plusieurs décennies dans le domaine de l'intégration photonique, dans lequel différents petits composants optiques sont étroitement combinés pour de meilleures performances et une facilité de fabrication.

Détails de la nouvelle amplification optique, "Gain optique géant dans un nanofil de silicate de chlorure d'erbium monocristallin, " ont été publiés dans l'édition en ligne de juillet de Photonique de la nature .

Cun-Zheng Ning, un professeur de génie électrique de l'ASU, et Hao Sun de l'Université Tsinghua de Chine, et leurs équipes ont réussi à faire passer le gain optique de l'erbium du faible niveau typique de quelques dB à plus de 100 dB par centimètre de propagation. L'augmentation significative du gain optique permettra d'intégrer des matériaux à base d'erbium sur une puce pour amplificateurs optiques et lasers.

En 2011, Ning a dirigé une équipe qui a découvert ce sel de silicate d'erbium particulier, développé sous forme de nanofil avec un profil plus fin, pourrait être un excellent candidat en tant que matériau d'amplification photonique - il permet aux ingénieurs d'emballer jusqu'à 1, 000 fois plus d'erbium dans les amplificateurs optiques, laser, dispositifs d'information quantique, interrupteurs et cellules d'énergie solaire.

L'erbium est important pour de nombreuses applications, en particulier comme amplificateur optique enterré avec des fibres optiques pour les communications à travers et entre les continents. L'amplificateur dopé à l'erbium est une technologie irremplaçable dans un tel système de communication longue distance.

Les scientifiques et les ingénieurs ont essayé de reproduire le succès de l'amplification du signal par l'erbium sur une plate-forme plus petite, comme sur une petite puce d'un système photonique intégré. La nouvelle recherche de Ning résout le problème selon lequel la quantité d'amplification dans une fibre dopée à l'erbium typique est trop petite, et la longueur requise est trop longue, pour l'intégration à l'échelle de la puce.

Bien qu'il ait fallu plusieurs années depuis la découverte de la technologie des nanofils d'erbium, Ning, Sun et leur équipe ont pu réaliser une expérience délicate sur un seul nanofil qui a révélé le coefficient d'absorption intrinsèque. Ce procédé a permis pour la première fois de mesurer avec précision l'absorption des matériaux, et ensuite établir le gain optique extrêmement élevé, environ deux ordres de grandeur plus élevés que les matériaux d'erbium rapportés précédemment.

« Nous sommes ravis d'avoir enfin pu établir le gain optique important que nous avions prédit depuis des années sur la base d'autres mesures que nous avons effectuées, " a déclaré Ning. " Sur la base de cette nouvelle technologie de nanofil monocristallin, notre prochain objectif est d'intégrer plusieurs dispositifs sur une plate-forme en silicium pour les circuits photoniques intégrés."

"L'étape suivante consiste à démontrer un dispositif optique réel tel qu'un amplificateur optique ou un laser basé sur le gain optique élevé établi, " dit Soleil.