Des scientifiques du California Institute of Technology (Caltech) ont mis au point une méthode pour créer des chemins optiques à ultra-faibles pertes directement sur des plaquettes de silicium. Cette nouvelle technologie permet de guider la lumière avec des pertes se rapprochant de celles de la fibre optique, en particulier dans la gamme des longueurs d'onde visibles.
Les chercheurs ont utilisé du verre au silicate de germanium, le même matériau que celui utilisé dans la fibre optique. Les guides d'ondes sont formés en spirales afin que la lumière parcoure une longue distance sur une surface compacte de la puce, mesurant seulement quelques centimètres. Cela rappelle l'enroulement de la fibre sur une bobine, mais à l'échelle nanométrique.
Dans le spectre visible, cette nouvelle plateforme surpasse le nitrure de silicium — le matériau standard pour les circuits intégrés photoniques — de 20 fois. Les pertes sont réduites à un tel point que les lasers basés sur ces guides d'ondes présentent une amélioration de la cohérence de la lumière supérieure à cent fois.
Le responsable du projet, Kerry Vahala, souligne que cette méthode transpose les avantages de la fabrication de la fibre optique aux plaquettes de silicium standard de 8 et 12 pouces. Les coauteurs de l'étude, le postdoctorant Hao-Jing Chen et l'étudiant diplômé Kellan Colburn, soulignent que la douceur de la surface est obtenue grâce à une « refusion » dans un four jusqu'au niveau atomique.
Les résultats ont été publiés dans la revue Nature. Les dispositifs ont déjà été testés dans des résonateurs en anneau, divers types de lasers et des résonateurs non linéaires. Les applications potentielles incluent les horloges atomiques sur puce, les gyroscopes, les systèmes quantiques et les communications écoénergétiques dans les centres de données d'IA.
Quel impact cela aura-t-il sur le développement de capteurs miniatures et de technologies quantiques dans les années à venir ? Une chose est claire pour l'instant : les faibles pertes ouvrent la voie à des circuits photoniques plus cohérents et économiques, qui semblaient auparavant inaccessibles sur silicium.
Les travaux ont été financés par la DARPA, l'US Air Force et d'autres organisations. Les scientifiques soulignent qu'il ne s'agit que d'une étape intermédiaire et que des progrès significatifs restent à accomplir.
