Présentation de la nouvelle technologie laser au niobate de lithium
Des chercheurs suisses ont mis au point un nouveau type de laser à base de niobate de lithium (LiNbO3) qui permet de contrôler la fréquence ou l’intensité de la lumière transmise par un dispositif. Soutenus par les projets MICROCOMB, OMT, HOT et QUSTEC financés par l’UE, leurs travaux pourraient avoir un impact majeur sur la technologie de télémétrie optique. Le niobate de lithium, un sel synthétique composé de niobium, de lithium et d’oxygène, est couramment utilisé sur le marché des télécommunications. Il est un des matériaux les plus utilisés pour les modulateurs électro-optiques à grande vitesse. Comme le mentionne un article de presse publié sur le site «Optics.org», son utilité réside dans sa capacité à «gérer une grande quantité de puissance optique» et à «modifier ses propriétés optiques lorsqu’un champ électrique lui est appliqué». Cependant, comme l’expliquent les chercheurs dans leur étude publiée dans la revue «Nature», même si «des progrès récents ont démontré l’existence de lasers intégrés accordables basés sur le LiNbO3, le plein potentiel de cette plateforme pour démontrer des lasers intégrés à agilité de fréquence et à largeur de ligne étroite n’a pas été atteint».
Combinaison de niobate de lithium et de nitrure de silicium
Pour remédier à cela, l’équipe de recherche a combiné le niobate de lithium et le nitrure de silicium (Si3N4) pour créer un nouveau type de laser accordable intégré hybride. Tout d’abord, des circuits intégrés photoniques basés sur le nitrure de silicium ont été fabriqués chez OMT et chez le coordinateur du projet HOT et partenaire du projet MICROCOMB, l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), en Suisse. Les circuits ont ensuite été collés avec des plaquettes de niobate de lithium chez MICROCOMB, OMT et le partenaire du projet HOT, IBM Research Europe, également basé en Suisse. Les auteurs de l’étude décrivent leur approche: «Notre plateforme est basée sur l’intégration hétérogène de circuits intégrés photoniques Si3N4 à très faible perte avec des couches minces de LiNbO3 par collage direct au niveau de la plaquette, contrairement à l’intégration au niveau des puces démontrée précédemment. Elle présente une faible perte de propagation de 8,5 décibels par mètre, ce qui permet d’obtenir un effet laser à largeur de ligne étroite (largeur de ligne intrinsèque de 3 kilohertz) par verrouillage de l’auto-injection sur une diode laser. Le mode hybride du résonateur permet d’accorder la fréquence du laser électro-optique à une vitesse de 12 x 1015 hertz par seconde avec une grande linéarité et une faible hystérésis tout en conservant une largeur de ligne étroite.» L’approche de l’équipe a permis d’obtenir les qualités nécessaires aux lasers utilisés dans des applications de détection et de télémétrie par la lumière. Le laser obtenu présentait un faible bruit de fréquence, ce qui suggère une fréquence stable, et un ajustement rapide de la longueur d’onde. Les chercheurs ont ensuite utilisé le laser pour mesurer des distances avec une grande précision dans le cadre d’une expérience de télémétrie optique. «Ce qui est remarquable dans ce résultat, c’est que le laser fournit simultanément un faible bruit de phase et un accord rapide à l’échelle du pétahertz par seconde, ce qui n’avait jamais été réalisé auparavant avec un laser intégré à l’échelle d’une puce», faite remarquer l’auteur principal de l’étude, le professeur Tobias J. Kippenberg, de l’EPFL, dans l’article de presse. Outre les lasers intégrés, la plateforme hybride développée avec le soutien de MICROCOMB (Applications and Fundamentals of Microresonator Frequency Combs), OMT (OMT - Optomechanical Technologies), HOT (Hybrid Optomechanical Technologies) et QUSTEC (QUSTEC: international, interdisciplinary and intersectoral doctoral programme in Quantum Science and Technologies) pourrait également être exploité pour développer des émetteurs-récepteurs intégrés pour les télécommunications et des transducteurs micro-ondes-optiques pour l’informatique quantique. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet MICROCOMB site web du projet OMT site web du projet HOT site web du projet QUSTEC
Mots‑clés
MICROCOMB, OMT, HOT, QUSTEC, laser, laser intégré, laser accordable, niobate de lithium, nitrure de silicium
