Au Karlsruhe Institute of Technology (KIT), les chercheurs ont développé un concept flexible et efficace pour combiner des composants optiques dans des systèmes compacts. Ils utilisent un processus d'impression 3D haute résolution pour produire de minuscules éléments de mise en forme de faisceau directement sur des micropuces ou des fibres optiques et, Par conséquent, permettre un couplage à faibles pertes. Cette approche remplace les processus de positionnement compliqués qui représentent aujourd'hui un obstacle majeur pour de nombreuses applications. Les scientifiques présentent leur concept dans Photonique de la nature .

Face à un trafic de données en constante augmentation, la communication avec la lumière gagne en importance. Depuis de nombreuses années maintenant, les centres de calcul et les réseaux de télécommunications mondiaux utilisent des connexions optiques pour la transmission rapide et économe en énergie de grandes quantités de données. Le défi actuel de la photonique est de miniaturiser les composants et de les assembler dans des systèmes intégrés compacts et performants adaptés à une variété d'applications, des technologies de l'information et de la communication aux technologies de mesure et de capteurs, au génie médical.

A cet égard, les systèmes hybrides sont d'un très grand intérêt. Ils combinent un certain nombre de composants optiques avec des fonctions différentes. Les systèmes hybrides offrent des performances et une liberté de conception supérieures par rapport aux concepts d'intégration monolithiques, pour laquelle tous les composants sont réalisés sur une puce. Intégration hybride, par exemple, permet une optimisation et un test individuels de tous les composants avant qu'ils ne soient assemblés dans un système plus complexe. Mise en place de systèmes hybrides optiques, cependant, nécessite des méthodes complexes et coûteuses pour l'alignement très précis des composants et le couplage à faible perte des interfaces optiques.

Des chercheurs du KIT ont ainsi développé une nouvelle solution pour le couplage de micropuces optiques entre elles ou à des fibres optiques. Ils utilisent de minuscules éléments de mise en forme de faisceau qui sont imprimés directement sur les facettes des composants optiques par un processus d'impression 3D de haute précision. Ces éléments peuvent être produits avec presque n'importe quelle forme tridimensionnelle et permettent un couplage à faible perte de divers composants optiques avec une tolérance de positionnement élevée.

Les chercheurs ont validé leur concept dans plusieurs expériences. Ils ont produit des éléments micrométriques de mise en forme de faisceau de différentes conceptions et les ont testés sur une variété de facettes de puces et de fibres. Tel que rapporté par les scientifiques dans le journal Photonique de la nature , ils ont atteint des efficacités de couplage allant jusqu'à 88 % entre un laser au phosphure d'indium et une fibre optique. Les expériences ont été réalisées à l'Institut de technologie des microstructures (IMT), l'Institut de photonique et d'électronique quantique (IPQ), et l'Institut d'automatisation et d'informatique appliquée (IAI) du KIT, en coopération avec l'Institut Fraunhofer pour les télécommunications (Institut Heinrich Hertz, HHI) à Berlin et IBM Research à Zurich. La technologie est actuellement transférée à l'application industrielle par Vanguard Photonics, un spin-off de KIT, dans le cadre du projet PRIMA financé par le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche.

Pour la fabrication des éléments tridimensionnels, les chercheurs ont utilisé la lithographie multiphotonique :couche par couche, un laser avec une longueur d'impulsion ultracourte écrit les structures données dans une résine photosensible qui durcit simultanément. De cette façon, Des structures 3D aussi petites que quelques centaines de nanomètres peuvent être imprimées. En dehors des microlentilles, le procédé est également adapté pour produire d'autres éléments de forme libre, tels que les micromiroirs, pour l'adaptation simultanée de la forme du faisceau et de la direction de propagation. En outre, des systèmes complets à lentilles multiples pour l'expansion du faisceau peuvent être fabriqués. Avec eux, la tolérance de positionnement pendant l'assemblage des composants est améliorée.

"Notre concept ouvre la voie à l'automatisation et, Par conséquent, fabrication rentable de systèmes optiques hybrides performants et polyvalents, " dit le professeur Christian Koos, Chef d'IPQ et membre du conseil d'administration d'IMT ainsi que co-fondateur de Vanguard Photonics. "D'où, elle contribue essentiellement à utiliser le vaste potentiel de l'optique intégrée dans des applications industrielles.