Photonique intégrée: des véhicules autonomes à la communication quantique
Un demi-milliard de nouvelles voitures devraient circuler sur les routes du monde d’ici 2040, et il s’agira de plus en plus de véhicules autonomes. Le remplacement d’une partie de l’électronique par la photonique pourrait améliorer la résolution de leurs capteurs, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour les composants et les systèmes embarqués. Cela pourrait également permettre une réduction de la taille, du poids et de la consommation d’énergie. Par conséquent, la photonique intégrée et l’optoélectronique hybride seront des éléments clés des futures générations de véhicules autonomes, des voitures aux drones. Les outils de conception actuels s’adressent principalement à l’électronique ou à la photonique, avec pour conséquence la perte de tous les effets optoélectroniques à l’interface. Le projet DRIVE-In, soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie a fourni des outils de conception et plus encore en préparant des chercheurs en début de carrière (ESR pour early-stage researchers) dans le domaine de la photonique intégrée sur l’ensemble de la chaîne de valeur.
La nouvelle génération de composants photoniques
La troisième génération de composants photoniques, actuellement en cours de développement, ciblera des produits et des technologies intégrés de plus grande valeur. Ils soutiendront l’acquisition et l’affichage d’informations sur l’environnement telles que le radar, la vision et la vision nocturne, permettant ainsi une sécurité active. Selon le coordinateur du projet, Francisco Javier Diaz Otero, de l’université de Vigo: «Les circuits intégrés photoniques devraient être les seuls à permettre une cartographie en 3D grâce à la détection et à la télédétection par laser (LIDAR), à 13 caméras différentes, à des capteurs à photodiode pour la détection de la pluie et de la luminosité, à l’affichage tête haute pour des informations cruciales en matière de sécurité, à des systèmes d’éclairage avant adaptatifs, à des systèmes de communication intérieure et à des applications multimédias. DRIVE-In a pris en charge les éléments clés et les composantes de ces derniers».
Quatre ESR, une pléthore de réalisations techniques et commerciales
DRIVE-In a fourni des bases scientifiques et une expérience de développement industriel dans le domaine pionnier de la simulation, de la conception, et de la modélisation du logiciel et du matériel des circuits intégrés photoniques. Ses chercheurs ont comblé une importante lacune avec un nouveau modèle de simulation de l’interface hybride photonique-électronique compatible avec les logiciels de simulation commerciaux actuels. Les ESR ont également développé de nouveaux composants pour des applications automobiles, notamment de nouveaux lasers. En outre, «un système LIDAR passif complet basé sur une approche innovante qui fait appel à des coupleurs de réseaux inclinés et rayés a été simulé, conçu, fabriqué et testé dans différents environnements automobiles. Ses performances étaient comparables à celles des appareils actuels qui sont plus grands, plus lourds ou plus gourmands en énergie», fait remarquer Francisco Javier Diaz Otero. Les développements dans le domaine de l’automobile ont trouvé des applications dans d’autres domaines. «Les réseaux, les lasers et les photodétecteurs de notre dispositif LIDAR ont été exploités dans les communications optiques et quantiques, et un émetteur quantique à photon unique a été conçu. Cela a donné des résultats intéressants lorsqu’il a été appliqué aux circuits de distribution des clés quantiques», ajoute Francisco Javier Diaz Otero. Enfin, plusieurs brevets ont été obtenus et une spin-off, SPARC, a été créée en 2022, pour devenir la fonderie qui produira différents semi-conducteurs III-V basés sur la photonique. Le plan d’affaires et le modèle commercial ont attiré plusieurs investisseurs et les autorités publiques espagnoles. L’exploitation commerciale est prévue pour 2026.
Favoriser l’innovation dans la photonique en Europe
Malgré la pandémie de COVID-19 et les fermetures de fonderies qui en ont résulté, ainsi que l’avènement des formations et des réunions en ligne, DRIVE-In a atteint ses objectifs. Outre les résultats techniques et commerciaux, il a formé des chercheurs dotés d’excellentes compétences transférables et capables de transformer des idées abstraites et stimulantes en résultats influents et pratiques. Tous les ESR ont trouvé un emploi auprès d’organismes de recherche et de technologie ou d’entreprises technologiques immédiatement après la fin du projet. Comme le résume Francisco Javier Diaz Otero, «le projet a créé un réseau actif et durable de jeunes chercheurs. Leurs contacts personnels et leur expertise aideront l’Europe à façonner l’avenir de la recherche en photonique intégrée».
Mots‑clés
DRIVE-In, photonique, LIDAR, optoélectronique, lasers, véhicules autonomes, circuits intégrés photoniques, communications quantiques, distribution des clés quantiques, sécurité active
