Une nouvelle technologie qui peut permettre un meilleur contrôle de la lumière sans nécessiter de gros, des matériaux et des structures difficiles à intégrer a été développé par des chercheurs de Penn State. La nouvelle puce photonique intégrée pourrait permettre de nombreuses avancées dans le domaine optique et industriel, allant de l'amélioration des lunettes de réalité virtuelle à la télédétection optique, selon les chercheurs.

Dirigé par Xingjie Ni, professeur assistant en génie électrique, la recherche a été publiée récemment dans Avancées scientifiques . Les candidats au doctorat en génie électrique de Penn State Xuexue Guo, Yimin Ding, Xi Chen et Yao Duan étaient co-auteurs de l'article.

Traditionnellement, les scientifiques ont eu deux options pour contrôler la lumière à utiliser dans divers dispositifs optiques. Le premier est un circuit intégré photonique (PIC) qui peut être incorporé sur de petites puces mais a une capacité limitée à contrôler la lumière en espace libre - la lumière se propageant dans l'air, l'espace ou le vide, au lieu d'être guidé dans des fibres ou d'autres guides d'ondes. La seconde est une métasurface nouvellement émergente - une couche mince artificiellement conçue qui permet une manipulation de la lumière à une échelle inférieure à la longueur d'onde mais ne peut pas être intégrée sur une puce.

Ni et ses collègues chercheurs ont résolu ce problème en incorporant les meilleures qualités des deux options précédentes dans un nouveau, architecture photonique hybride qui a des métasurfaces intégrées sur une puce PIC tout en maintenant une haute contrôlabilité de la lumière.

« Cette incorporation des PICs et des métasurfaces permet de piloter les métasurfaces à l'aide d'ondes guidées à l'intérieur des PICs, " Ni a dit. " Il permet de router la lumière entre différentes métasurfaces, exécutant plusieurs fonctions complexes sur une seule puce."

Ce nouveau développement pourrait avoir des applications dans les communications optiques, télédétection optique—LiDAR—interconnexions optiques en espace libre pour les centres de données et les écrans de réalité virtuelle et de réalité augmentée.

"La technologie développée ouvrira des voies passionnantes pour la construction de dispositifs PIC multifonctionnels avec un accès flexible à l'espace libre ainsi que guidé, des métasurfaces pilotées par les ondes avec une capacité d'intégration complète sur puce, " dit Ni.

D'après Ni, les aspects les plus intrigants de sa recherche sont les implications pour les développements futurs et le succès de la combinaison des meilleurs traits de la technologie existante.

« Je pense que la partie la plus excitante de la recherche est que nous avons marié deux technologies puissantes aux capacités complémentaires :la photonique intégrée et les métasurfaces, " a-t-il dit. " Notre système hybride a les avantages à la fois des métasurfaces et des PIC. En outre, notre conception est très flexible et modulaire. Une bibliothèque de blocs de construction peut être établie pour réutiliser et créer des composants fonctionnels cohérents sur divers appareils ou systèmes. »