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Le couplage vertical au secours des circuits intégrés photoniques

Des scientifiques financés par l'UE ont effectué la démonstration de nouvelles architectures optomécaniques qui peuvent être intégrées sur des puces au silicium. Ces résultats ouvrent la voie à de très intéressants dispositifs à circuits intégrés photoniques, jusqu'alors impossibles.
Le couplage vertical au secours des circuits intégrés photoniques
Si l'électronique utilise les électrons, la photonique manipule la lumière et d'autres rayonnements électromagnétiques dont l'élément de base est le photon. L'application de forces optiques et de la pression de rayonnement pour manipuler la matière a donné naissance au domaine de l'optomécanique. Dans les systèmes photoniques optomécaniques, les modes optiques et mécaniques sont couplés.

La cavité optique (ou résonateur) est l'un des principaux composants des circuits photoniques. Il s'agit d'un oscillateur mécanique couplé à un système qui guide la lumière. Les résonateurs peuvent être composés de matériaux actifs ou passifs. Dans le premier, les propriétés changent en réaction à la lumière, alors que le second reste constant. Les scientifiques du projet 'Active and passive photonics with coupled optomechanical resonators' (APPCOPTOR) financé par l'UE ont étudié les deux systèmes dans le but de les intégrer sur des puces en silicium.

Le couplage vertical entre un résonateur passif et un bus à guide d'ondes (cavité résonateur coplanaire), dans lequel le résonateur est placé au-dessus du guide d'ondes, a obtenu des résultats révolutionnaires avec d'importantes implications pour les circuits optiques. Les scientifiques ont démontré que la cavité verticale apporte plus d'un état de puissance maximale relative. Ils ont aussi réussi l'intégration de résonateurs à très haut facteur de qualité (UHQ) avec le bus à guide d'ondes. Jusqu'ici, le potentiel de tels microrésonateurs est resté inutilisé en raison de leur incompatibilité avec la configuration planaire des circuits gravés sur silicium.

Les chercheurs ont enregistré d'importants progrès en matière de matériaux à gain actif pour l'amplification optique non linéaire et les dispositifs en silicium nanocristallin. La bistabilité optique (OB - Optical bistability) est une propriété non linéaire d'un résonateur capable d'avoir deux états stables de transmission en sortie pour une seule entrée optique. Elle a fait l'objet de recherches intenses par son rapport direct avec les commutateurs, portes logiques et mémoires optiques. Les résultats ouvrent la possibilité de réaliser des dispositifs optiques non linéaires à partir de résonateurs UHQ sur des circuits en silicium nanocristallin.

Les scientifiques d'APPCOPTOR ont fait progresser la compréhension de l'optomécanique et son application aux circuits intégrés photoniques. Les travaux du projet devraient conduire à de nouveaux dispositifs photoniques potentiellement très intéressants pour dépasser les limites en termes de taille et de fonctionnement de l'électronique classique.

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