Encodage des informations en lumière, et sa transmission par fibres optiques est au cœur des communications optiques. Avec une perte incroyablement faible de 0,2 dB/km, les fibres optiques en silice ont jeté les bases des réseaux de télécommunications mondiaux d'aujourd'hui et de notre société de l'information.

Une telle perte optique ultra-faible est également essentielle pour la photonique intégrée, qui permettent la synthèse, traitement et détection de signaux optiques à l'aide de guides d'ondes sur puce. Aujourd'hui, un certain nombre de technologies innovantes reposent sur la photonique intégrée, y compris les lasers à semi-conducteurs, modulateurs et photodétecteurs, et sont largement utilisés dans les centres de données, communication, détection et calcul.

Les puces photoniques intégrées sont généralement constituées de silicium abondant et possédant de bonnes propriétés optiques. Mais le silicium ne peut pas remplir toutes les fonctions requises dans la photonique intégrée, ainsi de nouvelles plateformes matérielles ont émergé. L'un d'eux est le nitrure de silicium (Si 3 N 4 ), dont la perte optique exceptionnellement faible (ordres de grandeur inférieurs à celui du silicium), en a fait le matériau de choix pour les applications pour lesquelles une faible perte est critique, tels que les lasers à faible largeur de raie, lignes à retard photoniques, et la photonique non linéaire.

Maintenant, des scientifiques du groupe du professeur Tobias J. Kippenberg de la Faculté des sciences fondamentales de l'EPFL ont développé une nouvelle technologie pour la construction de circuits photoniques intégrés au nitrure de silicium avec des pertes optiques record et un faible encombrement. L'ouvrage est publié dans Communication Nature .

Alliant nanofabrication et science des matériaux, la technologie est basée sur le procédé photonique Damascène développé à l'EPFL. En utilisant ce processus, l'équipe a réalisé des circuits intégrés de pertes optiques de seulement 1 dB/m, une valeur record pour tout matériau photonique intégré non linéaire. Une telle faible perte réduit considérablement le budget de puissance pour la construction de peignes de fréquence optique à l'échelle de la puce ("micropeignes"), utilisé dans des applications telles que les émetteurs-récepteurs optiques cohérents, synthétiseurs micro-ondes à faible bruit, LiDAR, calcul neuromorphique, et même des horloges atomiques optiques. L'équipe a utilisé la nouvelle technologie pour développer des guides d'ondes d'un mètre de long sur des puces de 5x5 mm2 et des microrésonateurs de haute qualité. Ils rapportent également un rendement de fabrication élevé, ce qui est essentiel pour passer à l'échelle de la production industrielle.

"Ces puces ont déjà été utilisées pour des amplificateurs optiques paramétriques, lasers à faible largeur de raie et peignes de fréquence à l'échelle des puces, " déclare le Dr Junqiu Liu qui a dirigé la fabrication au Centre de MicroNanoTechnologie (CMi) de l'EPFL. "Nous sommes également impatients de voir notre technologie être utilisée pour des applications émergentes telles que le LiDAR cohérent, réseaux de neurones photoniques, et l'informatique quantique."