Vue d'artiste de la structure à grille de Bragg sur un substrat de silicium. Crédit :Université de Sydney et Université de technologie et de design de Singapour
Un tsunami conserve sa forme de vague sur de très longues distances à travers l'océan, conservant son pouvoir et son « information » loin de sa source.
En sciences de la communication, conserver l'information dans une fibre optique qui traverse les continents est vital. Idéalement, cela nécessite la manipulation de la lumière dans des puces de silicium à la source et à la réception de la fibre sans altérer la forme d'onde du paquet photonique d'informations. Cela a échappé aux scientifiques jusqu'à présent.
Une collaboration entre le Nano Institute de l'Université de Sydney et l'Université de technologie et de design de Singapour a pour la première fois manipulé une onde lumineuse, ou des informations photoniques, sur une puce de silicium qui conserve sa « forme » globale.
De telles ondes, qu'il s'agisse d'un tsunami ou d'un paquet photonique d'informations, sont appelées « solitons ». L'équipe Sydney-Singapour a pour la première fois observé la dynamique du « soliton » sur un dispositif de nitrure ultra-riche en silicium (USRN) fabriqué à Singapour à l'aide d'outils de caractérisation optique de pointe à Sydney Nano.
Cet ouvrage fondateur, publié aujourd'hui dans Avis sur les lasers et la photonique , est important car la plupart des infrastructures de communication reposent encore sur des dispositifs à base de silicium pour la propagation et la réception des informations. La manipulation de solitons sur puce pourrait potentiellement permettre d'accélérer les dispositifs et l'infrastructure de communication photonique.
Ezgi Sahin, un doctorat étudiant à SUTD a mené les expériences avec le Dr Andrea Blanco Redondo à l'Université de Sydney.
Le doctorant et auteur principal Sahin Ezgi de l'Université de technologie et de design de Singapour détient l'une des puces expérimentales. Crédit :Université de technologie et de design de Singapour
« L'observation de la dynamique complexe des solitons ouvre la voie à un large éventail d'applications, au-delà de la compression d'impulsions, pour le traitement du signal optique sur puce, " a déclaré Mme Sahin. " Je suis heureuse de faire partie de ce grand partenariat entre les deux institutions avec une collaboration approfondie à travers la théorie, fabrication et mesure d'appareils."
Co-auteur de l'étude et directeur de Sydney Nano, Professeur Ben Eggleton, a déclaré :« Cela représente une percée majeure pour le domaine de la physique des solitons et revêt une importance technologique fondamentale.
« Des solitons de cette nature, appelés solitons de Bragg, ont été observés pour la première fois il y a environ 20 ans dans des fibres optiques, mais n'ont pas été signalés sur une puce car le matériau de silicium standard sur lequel les puces sont basées limite la propagation. Cette démonstration, qui repose sur une version légèrement modifiée du silicium qui évite ces contraintes, ouvre le champ à un tout nouveau paradigme pour manipuler la lumière sur une puce."
Professeur Dawn Tan, un co-auteur de l'article à SUTD, a déclaré :« Nous avons pu démontrer de manière convaincante la formation et la fission des solitons de Bragg grâce à la conception unique du réseau de Bragg et à la plate-forme de matériau de nitrure ultra-riche en silicium (USRN) que nous avons utilisée. Cette plate-forme empêche la perte d'informations qui a compromis les démonstrations précédentes. »
Les solitons sont des impulsions qui se propagent sans changer de forme et peuvent survivre aux collisions et aux interactions. Ils ont été observés pour la première fois dans un canal écossais il y a 150 ans et sont familiers dans le contexte des vagues de tsunami, qui se propagent sur des milliers de kilomètres sans changer de forme.
Les ondes solitons optiques sont étudiées depuis les années 1980 dans les fibres optiques et offrent d'énormes promesses pour les systèmes de communication optique car elles permettent d'envoyer des données sur de longues distances sans distorsion. solitons de Bragg, qui tirent leurs propriétés des réseaux de Bragg (structures périodiques gravées dans le substrat de silicium), peuvent être étudiés à l'échelle de la technologie des puces où ils peuvent être exploités pour un traitement avancé du signal.
Ils sont appelés solitons de Bragg d'après Lawrence Bragg d'origine australienne et son père William Henry Bragg, qui a discuté pour la première fois du concept de réflexion de Bragg en 1913 et a remporté le prix Nobel de physique. Ils sont le seul couple père-fils à avoir remporté un prix Nobel.
Des solitons de Bragg ont été observés pour la première fois en 1996 dans des réseaux de Bragg dans des fibres optiques. Cela a été démontré par le professeur Eggleton alors qu'il travaillait sur son doctorat. aux Bell Labs.
La nature à base de silicium du dispositif de réseau de Bragg assure également la compatibilité avec le traitement à semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire (CMOS). La capacité à initier de manière fiable la compression et la fission des solitons permet de générer des phénomènes ultrarapides avec des impulsions plus longues qu'auparavant. La miniaturisation à l'échelle de la puce augmente également la vitesse des processus de signal optique dans les applications nécessitant une compacité.
