De nouvelles sources de lumière sur puce pour la photonique sur silicium
La nécessité d'intégrer la partie photonique sur les puces de silicium résulte de la demande croissante pour des débits élevés, ainsi que pour des dispositifs optiques plus compacts et économiques. De nombreux dispositifs optiques efficaces ont été déjà réalisés sur silicium, notamment des filtres, modulateurs, multiplexeurs et détecteurs. Le projet HYSSOP (Hybrid III-V/silicon laser for the future generation of photonic integrated circuits) a cherché à surmonter le principal obstacle à un usage généralisé de la photonique sur silicium, en concevant de nouvelles sources de lumière (un autre élément majeur de l'émetteur-récepteur) et en les intégrant sur des puces de silicium. Les chercheurs ciblaient des lasers à semi-conducteurs, fabriqués à partir de silicium et de semi-conducteurs du groupe III-V. Ils ont d'abord fabriqué des guides d'ondes sur une galette de silicium sur isolant (SOI), puis l'ont fusionnée avec une galette de semi-conducteurs III-V réalisée par épitaxie. Les chercheurs ont démontré le potentiel de divers lasers mixtes sur silicium pour des usages allant des connexions optiques à courte distance jusqu'à la transmission optique à longue distance. Pour le 100 GbE, une nouvelle technique consiste à utiliser des lasers à réaction distribuée (DFB) avec modulateur haut débit. Les scientifiques ont réalisé un module émetteur-récepteur conforme aux normes, à l'aide d'un laser DFB mixte sur silicium de 25 mW, fonctionnant à 1 550 nm et intégré avec un modulateur. La puissance de sortie a dépassé les 10 mW, le seuil minimal pour cette norme. Un autre succès majeur du projet a été de réaliser des lasers mixtes, accordables et sur silicium, utilisables aussi bien pour l'émission que pour la réception dans les communications à longue distance. Les scientifiques ont consacré beaucoup de travaux pour réaliser des lasers puissants et accordables sur une large gamme de fréquences. Pour arriver à la puissance requise par des communications à longue distance, ils ont couplé un amplificateur optique à semi-conducteur, mixte et à faible bruit. Les lasers accordables à modulation directe sont économiques, et donc très intéressants pour les réseaux d'accès. Les chercheurs ont mis au point de tels lasers pour des fibres monomodales à 10 Gbit/s et jusqu'à 25 km. Durant les 10 prochaines années, la photonique sur silicium devrait révolutionner les télécommunications et le transfert de données. Le projet HYSSOP a notablement contribué à cette révolution. L'usage de points ou de tirets quantiques comme matériau actif de lasers mixtes, au lieu de puits quantiques, permet d'obtenir des dispositifs puissants et à faible bruit.
Mots‑clés
Photonique sur silicium, émetteur-récepteur, fibre optique à haut débit, laser silicium, semi-conducteur, silicium mixte
