Un plan visant à incorporer un troisième guide d'ondes courbé dans un séparateur de lumière à base de silicium a conduit les chercheurs d'A*STAR à développer un dispositif capable d'améliorer de 30 fois l'efficacité de séparation. Le nouveau séparateur de lumière sur puce marque une percée majeure dans l'amélioration des systèmes de transmission de données haute performance, ainsi que des applications en informatique quantique.

La manipulation de la lumière dans les appareils à micro-échelle est un pilier fondamental des circuits optiques à grande vitesse qui sous-tendent les communications et les technologies de nouvelle génération comme l'informatique quantique. La lumière est rapide et de faible puissance, et peut être codé pour transmettre des données de diverses manières. Comme l'explique Thomas Ang de l'A*STAR Institute of High Performance Computing (IHPC), pour que ces manipulations soient fiables et efficaces, la lumière doit être aussi «pure» que possible, pas seulement étroitement confinée autour d'une longueur d'onde spécifique, mais aussi d'une polarisation uniforme.

"La lumière est constituée d'un mélange de deux composantes de polarisation, " dit Ang. " Les séparateurs de faisceaux de polarisation sont utilisés pour séparer un faisceau de polarisation mixte en deux canaux pour chaque polarisation. "

Lorsque le fractionnement est imparfait, les deux canaux peuvent contenir de faibles proportions de polarisation opposée, un effet connu sous le nom de diaphonie.

« Les séparateurs de faisceaux de polarisation à faible diaphonie sont très importants pour la fidélité élevée du signal dans les applications d'interconnexion optique à grande vitesse, " dit Jun Rong Ong, Le partenaire d'Ang dans l'étude. "La technologie actuelle est limitée à un niveau de diaphonie, appelé taux d'extinction, d'environ 25 décibels, qui est suffisamment élevé pour affecter la transmission de données à haute vitesse. »

Le domaine des séparateurs de faisceaux de polarisation (PBS) est bien développé, et il y a eu de nombreuses tentatives pour briser cette limite de 25 décibels dans les dispositifs à base de silicium en tant que norme de l'industrie pour la fabrication. Ang, Ong et leurs collègues ont réfléchi aux moyens de défier cette limite, et a eu l'idée d'ajouter un troisième guide d'ondes - essentiellement un canal ou un chemin pour acheminer la lumière sur une puce - lorsque le statu quo n'en dictait pas plus de deux.

« Nous nous sommes intéressés aux guides d'ondes pour le pliage et le routage de la lumière, et conceptualisé notre nouveau design après brainstorming au sein de notre équipe, ", déclare Ang. "Nous avons testé notre hypothèse à l'aide de simulations informatiques et nous avons été ravis de constater que l'appareil surpassait certains des meilleurs résultats publiés."

Travailler avec des collaborateurs de l'Université de technologie et de design de Singapour, l'équipe a ensuite fabriqué le dispositif à trois guides d'ondes (voir image) et a confirmé son taux d'extinction considérablement amélioré de 40 décibels, ce qui représente une réduction supplémentaire de 30 fois de la diaphonie de polarisation.

"Nous attendons également que l'appareil puisse être encore amélioré en optimisant sa conception, " dit Ong.