Les circuits intégrés photoniques qui utilisent la lumière au lieu de l'électricité pour l'informatique et le traitement du signal promettent une plus grande vitesse, bande passante augmentée, et une plus grande efficacité énergétique que les circuits traditionnels utilisant l'électricité.

Mais ils ne sont pas encore assez petits pour rivaliser dans l'informatique et d'autres applications où les circuits électriques continuent de régner.

Les ingénieurs électriciens de l'Université de Rochester pensent avoir franchi une étape importante dans la résolution du problème. Utilisant un matériau largement adopté par les chercheurs en photonique, l'équipe de Rochester a créé le plus petit modulateur électro-optique à ce jour. Le modulateur est un élément clé d'une puce basée sur la photonique, contrôler la façon dont la lumière se déplace dans ses circuits.

Dans Communication Nature , le laboratoire de Qiang Lin, professeur de génie électrique et informatique, décrit l'utilisation d'un film mince de niobate de lithium (LN) collé sur une couche de dioxyde de silicium pour créer non seulement le plus petit modulateur LN à ce jour, mais aussi un qui fonctionne à grande vitesse et est économe en énergie.

Cela "ouvre une base cruciale pour la réalisation de circuits intégrés photoniques LN à grande échelle qui sont d'une immense importance pour de larges applications dans la communication de données, photonique micro-ondes, et la photonique quantique, " écrit l'auteur principal Mingxiao Li, un étudiant diplômé du laboratoire de Lin.

Un matériau de bourreau de travail

En raison de ses propriétés électro-optiques et optiques non linéaires exceptionnelles, le niobate de lithium est « devenu un système matériel de pointe pour la recherche et le développement en photonique, " dit Lin. " Cependant, les dispositifs photoniques LN actuels, fabriqués sur une plate-forme de cristal en vrac ou à couche mince nécessitent de grandes dimensions et sont difficiles à réduire en taille, ce qui limite l'efficacité de la modulation, consommation d'énergie, et le degré d'intégration du circuit. Un défi majeur réside dans la fabrication de structures photoniques nanoscopiques de haute qualité avec une grande précision. »

Le projet de modulateur s'appuie sur l'utilisation précédente du niobate de lithium par le laboratoire pour créer une nanocavité photonique, un autre élément clé des puces photoniques. À seulement environ un micron de taille, la nanocavité peut régler les longueurs d'onde en utilisant seulement deux à trois photons à température ambiante - "la première fois que nous savons que même deux ou trois photons ont été manipulés de cette manière à température ambiante, " dit Lin. Cet appareil a été décrit dans un article de Optique .

Le modulateur pourrait être utilisé en conjonction avec une nanocavité pour créer une puce photonique à l'échelle nanométrique.