Les peignes de fréquence optique sont des sources laser dont le spectre est constitué d'une série de des lignes de fréquence équidistantes qui peuvent être utilisées pour des mesures précises. Au cours des deux dernières décennies, ils sont devenus un outil majeur pour des applications telles que la mesure de distance précise, spectroscopie, et télécommunications.

La plupart des sources de peigne de fréquence optique disponibles dans le commerce basées sur des lasers à verrouillage de mode sont grandes et coûteuses, limitant leur potentiel d'utilisation dans de grands volumes et des applications portables. Bien que des versions à l'échelle de la puce des peignes de fréquence optique utilisant des microrésonateurs aient été présentées pour la première fois en 2007, une forme entièrement intégrée a été entravée par des pertes matérielles élevées et des mécanismes d'excitation complexes.

Les équipes de recherche dirigées par Tobias J. Kippenberg à l'EPFL et Michael L. Gorodetsky au Russian Quantum Center ont maintenant construit un micropeigne à solitons intégré fonctionnant à une fréquence de répétition de 88 GHz à l'aide d'une diode laser au phosphure d'indium et du nitrure de silicium (Si 3 N 4 ) microrésonateur. À seulement un centimètre cube, l'appareil est le plus petit du genre à ce jour.

Le nitrure de silicium (Si 3 N 4 ) Le microrésonateur est fabriqué à l'aide d'un procédé de refusion photonique Damascene breveté qui génère des pertes sans précédent en photonique intégrée. Ces guides d'ondes à perte ultra-faible comblent l'écart entre la diode laser à puce et les niveaux de puissance requis pour exciter les états solitons dissipatifs de Kerr, qui sous-tendent la génération de peignes de fréquence optique.

Le procédé utilise des lasers au phosphure d'indium à base de puces disponibles dans le commerce, par opposition aux modules laser en vrac conventionnels. Dans les travaux rapportés, une petite partie de la lumière laser est réfléchie vers le laser en raison de la diffusion intrinsèque du microrésonateur. Cette rétroaction directe aide à la fois à stabiliser le laser et à générer le peigne à solitons. Cela montre que le résonateur et le laser peuvent être intégrés sur une seule puce offrant une amélioration unique par rapport à la technologie passée.

« Il existe un intérêt important pour les sources de peigne de fréquence optique qui sont entraînées électriquement et peuvent être entièrement intégrées photoniquement pour répondre aux exigences des applications de nouvelle génération, notamment le LIDAR et le traitement de l'information dans les data-centers, " dit Kippenberg. " Cela représente non seulement une avancée technologique dans le domaine des solitons Kerr dissipatifs, mais donne également un aperçu de leur dynamique non linéaire, ainsi qu'un retour rapide de la cavité."

L'ensemble du système peut tenir dans un volume inférieur à 1 cm3 et peut être commandé électriquement. « La compacité, méthode de réglage facile, un fonctionnement à faible coût et à faible taux de répétition rendent ce système de micropeigne intéressant pour des applications de fabrication en série, " dit le doctorant Arslan Sajid, l'auteur principal de l'étude. "Son principal avantage est un retour optique rapide, ce qui élimine le besoin d'électronique active ou de tout autre mécanisme de réglage sur puce."

Les scientifiques visent maintenant à démontrer un spectromètre intégré et une source à plusieurs longueurs d'onde et à améliorer encore le processus de fabrication et la méthode d'intégration pour pousser la source à micro-peignes à un taux de répétition des micro-ondes.