Les puces photoniques peuvent jouer un rôle crucial dans des applications telles que la conduite autonome ou l'imagerie médicale en raison de leur capacité de transmission de données extrêmement rapide et économe en énergie. Cependant, leur adoption est actuellement freinée par le coût considérable qu'implique la réalisation de ces dispositifs. doctorat le candidat Matthijs van Gastel a développé de nouvelles façons d'assembler des dispositifs photoniques à l'aide de colle, qui est précis à l'échelle sub-micrométrique. Le chercheur du groupe Technologie des systèmes de contrôle du département de génie mécanique a soutenu sa thèse le 25 mars.

Dans la société d'aujourd'hui, le besoin de transmission de données augmente de façon exponentielle. Les puces photoniques présentent un grand potentiel pour une transmission de données économe en énergie avec une bande passante élevée. Ces puces reposent sur un transfert d'informations basé sur la lumière par opposition aux électrons dans les puces électriques conventionnelles.

Les puces photoniques permettent de nombreuses nouvelles applications telles que les capteurs pour les voitures autonomes ou les nouvelles techniques d'imagerie médicale. Un problème de plus en plus important pour permettre l'adoption à grande échelle des puces photoniques est leur assemblage et leur conditionnement. On estime actuellement que ces processus représentent plus de 50 pour cent du coût total d'un dispositif photonique.

Notamment le couplage de fibres optiques, qui sont utilisés pour guider la lumière dans et hors du dispositif photonique, est critique car ils nécessitent un alignement sub-micrométrique. Les méthodes actuelles d'alignement de fibres ne peuvent pas répondre à ces exigences d'alignement ou ne sont pas adaptées à une production à grande échelle. Par ailleurs, les méthodes actuelles demandent souvent beaucoup de travail et de temps.

Réseau de fibres optiques

Dans sa thèse, Van Gastel décrit le développement d'un nouveau réseau de fibres optiques pour un couplage efficace de plusieurs fibres à des puces photoniques qui est précis à une échelle submicrométrique.

La première partie de la thèse porte sur le développement du nouveau réseau de fibres optiques. Dans ce réseau, plusieurs fibres optiques sont positionnées les unes à côté des autres et fixées sur une plaque de verre à l'aide de colle. Les réseaux de fibres actuels ont du mal à atteindre un alignement submicrométrique pour les puces photoniques, car ils sont incapables de compenser la variation de la qualité de production (appelées tolérances de production) des fibres optiques. Dans le nouveau réseau de fibres, la position de la fibre est mesurée à l'aide d'un système de caméra pour compenser ces tolérances de production.

La colle peut ensuite être durcie pour fixer la fibre à la plaque de verre. La colle est sujette au rétrécissement qui peut perturber l'alignement des fibres. Il a également tendance à changer lentement de forme au fil des ans, ce qui peut perturber l'alignement des fibres. Le chercheur a effectué des simulations et des expériences pour étudier la pertinence du processus de fixation de la colle pour l'alignement des fibres. Les résultats ont montré un comportement très prévisible du processus de collage, ce qui le rend approprié pour l'alignement des fibres optiques.

Conception de la machine d'assemblage de réseaux de fibres

La deuxième partie de la thèse s'est concentrée sur la conception d'une machine d'assemblage pour le réseau de fibres optiques nouvellement développé. Pour ça, le chercheur a utilisé l'automatisation, assurant ainsi un alignement de fibre de haute précision tout en réduisant les coûts et en augmentant le débit.

La conception de la machine se compose de trois axes de mouvement de translation pour aligner les fibres sur le substrat dans les directions d'alignement les plus critiques. Les axes de mouvement de haute précision conçus sont capables d'aligner les fibres avec une précision nanométrique. Grâce à sa conception compacte et modulaire, la machine d'alignement peut être facilement étendue à de plus grandes lignes de production.

De la conception à la machine

Au cours de ce doctorat. recherche Van Gastel a également construit et testé une réalisation matérielle de la conception de la machine. La machine est capable d'assembler un réseau de 16 fibres en quatre minutes, nettement plus rapide que les méthodes d'alignement de fibres traditionnelles, ce qui peut prendre entre deux minutes et une heure par fibre simple.

Par ailleurs, les réseaux assemblés ont montré des erreurs d'alignement approximativement jusqu'à 18 fois inférieures par rapport aux réseaux de fibres actuellement utilisés.

Cette recherche peut donc être une étape importante pour permettre l'adaptation à grande échelle des puces photoniques en fournissant un processus d'assemblage plus précis et plus rentable des fibres optiques.