LAUSANNE, Suisse, 27 avril 2021 – Des chercheurs de l’École des sciences fondamentales de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ont développé une technologie qui produit des circuits photoniques intégrés au nitrure de silicium avec de faibles pertes optiques et de faibles empreintes.

Le silicium est préféré comme matériau pour les puces photoniques intégrées en raison de son abondance et de ses propriétés optiques, bien que le matériau présente une perte optique de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle du nitrure de silicium. En conséquence, le nitrure de silicium a été un matériau de choix pour les applications où de faibles pertes sont essentielles, telles que les lasers à largeur de ligne étroite, les lignes à retard photoniques et la photonique non linéaire.


Puces photoniques en nitrure de silicium intégrées à des guides d’ondes en spirale d’un mètre de long. Gracieuseté de Jijun He et Junqiu Liu, EPFL.


Dans leur processus, l’équipe de l’EPFL a combiné la nanofabrication et la science des matériaux, en s’appuyant sur le processus photonique Damascène développé à l’EPFL. En utilisant ce procédé, l’équipe a réalisé des circuits intégrés avec des pertes optiques de seulement 1 dB / m, une valeur record pour tout matériau photonique intégré non linéaire, selon les chercheurs.

Cette faible perte réduit considérablement le budget de puissance pour la construction de peignes de fréquence optique à l’échelle de la puce, ou micro peignes, utilisés dans des applications telles que les émetteurs-récepteurs optiques cohérents, les synthétiseurs micro-ondes à faible bruit, le lidar, le calcul neuromorphique et les horloges atomiques optiques. L’équipe a utilisé la nouvelle technologie pour développer des guides d’ondes d’un mètre de long en 5 × 5 mmdeux puces et microrésonateurs à facteur de haute qualité.

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Les chercheurs ont également signalé un débit de fabrication élevé, essentiel pour passer à la production industrielle.

«Ces dispositifs à puce ont déjà été utilisés pour des amplificateurs optiques paramétriques, des lasers à ligne étroite et des peignes de fréquence à l’échelle de la puce», a déclaré Junqiu Liu, qui a dirigé la fabrication au Centre de MicroNanoTechnologie (CMi) de l’EPFL. « Nous espérons également voir notre technologie utilisée pour des applications émergentes telles que le lidar cohérent, les réseaux de neurones photoniques et l’informatique quantique. »

La recherche a été publiée dans Communications de la nature (www.doi.org/10.1038/s41467-021-21973-z).