une, la configuration d'écriture laser ultrarapide. b, images au microscope de la vue de dessus d'un guide d'ondes écrit au laser (la ligne horizontale) dans un cristal de ZnSe, vu à travers différentes couleurs. Le guide d'onde devient pratiquement invisible dans la partie rouge du spectre (autour de 625 nm). c, ré, e, les informations lumineuses sont guidées à travers un guide d'ondes courbe avec un rayon de courbure de 363 µm. Des guides d'ondes tridimensionnels avec des courbures submillimétriques n'ont pas été réalisés avant ce travail. Les images font partie d'une vidéo disponible dans les documents supplémentaires de l'article publié dans Light:Science &Applications. Le guide d'onde incurvé écrit au laser dans du verre GeS4 (d, image au microscope de la vue de dessus) est schématisée en (e) où une partie de la lumière verte d'une fibre optique pénètre dans le guide d'onde. La sortie de la lumière peut être vue sur le système de caméra (c). Le point lumineux à droite montre le guidage puissant du guide d'ondes incurvé. Crédit :Jérôme Lapointe, Jean-Philippe Bérubé, Yannick Ledemi, Albert Dupont, Vincent Fortin, Younès Messaddeq, et Réal Vallée
Des biocapteurs et spectromètres compacts aux appareils invisibles et aux ordinateurs quantiques, les applications liées à la photonique intégrée sont de plus en plus recherchées. Comme dans les fibres optiques, le guidage de la lumière dans les circuits photoniques intégrés est obtenu par une augmentation locale de l'indice de réfraction (RI) du matériau. L'écriture laser ultrarapide est la seule technologie qui permet une modification RI tridimensionnelle dans des matériaux transparents, ainsi la fabrication directe de dispositifs photoniques 3-D. Suite à la première écriture laser de canaux photoniques dans le verre à la fin des années 90, on croyait que la technologie deviendrait rapidement l'outil de choix pour la fabrication de la photonique intégrée. Cependant, malgré de nombreux efforts, l'amplitude du changement de RI induit par le laser reste limitée, empêchant la fabrication de dispositifs compacts avec des canaux optiques courbés qui nécessitent des changements de RI élevés.
Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , Dr Jérôme Lapointe du Centre d'optique, Photonique et Lasers (COPL), Université Laval, Le Canada et ses collègues ont découvert un phénomène physique lié à la résonance électronique des matériaux traités au laser qui résout le problème du changement de l'IR. En utilisant le nouveau concept, les scientifiques ont démontré des canaux photoniques avec des rayons de courbure de l'ordre du micron, ce qui n'était pas réalisé en trois dimensions auparavant. La nouvelle technologie a le potentiel de miniaturiser considérablement les circuits photoniques 3D, permettant une intégration plus dense des applications photoniques sur une même puce ou augmentant la capacité des ordinateurs quantiques optiques, par exemple. Ces scientifiques expliquent leur découverte :
« Nous avons découvert que les impulsions laser femtosecondes peuvent modifier localement et durablement la résonance électronique d'un matériau. Par définition mathématique, le RI dépend exponentiellement de la résonance électronique du matériau en fonction des fréquences lumineuses (ou couleurs). Nous avons ensuite démontré que les circuits photoniques pouvaient tirer parti de ce phénomène dans une région transparente du matériau. Dans cette région, la variation de RI (qui est la base des circuits photoniques) peut atteindre une très grande valeur positive, qui permet le guidage de la lumière dans des circuits photoniques miniaturisés."
"Des scientifiques européens ont récemment fabriqué des composants d'ordinateurs quantiques en utilisant l'écriture laser. Les dispositifs quantiques mesurent de 5 à 10 centimètres de long. Notre découverte suggère que les mêmes dispositifs quantiques pourraient être plus de 10 fois plus petits. C'est très prometteur puisque la capacité de calcul de tout ordinateur est directement proportionnel à la quantité de composants sur une puce, " ont-ils ajouté.
Étonnamment, les scientifiques ont observé que les circuits sont invisibles lorsque la lumière rouge les traverse. Ils ont constaté que les circuits deviennent invisibles pour certaines couleurs selon le matériau et les conditions d'écriture laser. Les scientifiques expliquent le phénomène en utilisant la même théorie impliquant la variation de résonance électronique. Ce nouveau concept ouvre la voie à des applications photoniques invisibles, qui pourrait être placé sur les écrans de téléphone, pare-brise de voiture, et affichages industriels.
"Nous avons constaté que le changement RI positif induit par la variation de résonance électronique peut exactement compenser le changement RI négatif induit par une expansion structurelle (tous deux causés par l'écriture laser), résultant en un changement de RI nul pour certaines couleurs. A notre connaissance, il s'agit d'un nouveau concept de fabrication directe de structures invisibles. La combinaison bénéfique d'un changement RI élevé pour les fréquences de fonctionnement et de l'invisibilité des fréquences arc-en-ciel peut aider à activer plusieurs applications invisibles sur les écrans de téléphone, par exemple, ", prédisent les scientifiques.
