Optique non linéaire intégrée

Objectifs et Approche

Le groupe projet « Optique nonlinéaire intégrée » vise à développer des fonctions photoniques dites « intelligentes », c’est à dire pouvant réaliser du traitement tout optique de signaux sur puce aux longueurs d’onde télécom. Ces composants sont destinés à fournir la base d’une technologie innovante pour résoudre les problèmes d’encombrement et de consommation en énergie des futurs réseaux télécoms et datacoms (communications dans les datacenters) dont les débits ne cessent d’augmenter. Notre approche exploite les propriétés d’optique nonlinéaire de matériaux adaptés, combinés à des concepts micro- et nano-photoniques pour renforcer l’interaction entre lumière et matière, et créer ainsi des composants à la fois compacts, rapides et consommant peu d’énergie.

Si le silicium a permis des avancées notables ces quinze dernières années pour générer, transporter et détecter des signaux optiques sur puce, ses propriétés nonlinéaires restent limitées aux longueurs d’onde telecom. L’idée est de tirer parti de la maturité de cette plate-forme technologique (collaboration avec le CEA-Leti) en combinant des circuits en silicium (ou nitrure de silicium) à des matériaux nonlinéaires plus performants. Dans la palette de candidats potentiels, le silicium amorphe hydrogéné, le nitrure de silicium enrichi, les matériaux III-V à grand gap ou certains oxydes représentent des approches pertinentes. Les avancées récentes sur le niobate de lithium en film mince en font un matériau de choix pour la réalisation de fonctions nonlinéaires sur puce. Enfin, les matériaux 2D offrent également une voie prometteuse, et peuvent être avantageusement intégrés sur des circuits photoniques, pour réaliser des composants hybrides et efficaces. Nos efforts dans ce domaine se sont focalisés dans un premier temps sur le graphène, dans le cadre du projet Européen GRAPHICS, mais d’autres matériaux bi-dimensionnels sont aujourd’hui explorés, en lien avec l’équipe du Prof. Arnan Mitchell au RMIT et du Prof. Dave Moss à Swinburne. Au-delà du traitement tout optique de l’information, l’optique nonlinéaire ouvre la voie à la réalisation d’une variété de sources de lumière inaccessibles par d’autres approches, tels que des peignes de fréquences, du supercontinuum ou des microlasers impulsionnels, dont la miniaturisation est à la fois synonyme de défis et d’opportunités.

Thématiques/ Mot clé

• Traitement tout optique de l’information, Datacom
• Optique non linéaire intégrée
• Intégration hybride de matériaux
• Matériaux 2D
• Source supercontinuum et peigne de fréquence

Projets en cours et collaborations

• Projet H2020 ERC Consolidator GRAPHICS “GRaphene nonlineAr PHotonic Integrated CircuitS” n° 648546
• Projet Australien Discovery Project DP150104327 financé par l’ARC avec Swinburne University/ CEA-Leti/ INL (CI : Prof. Moss, Swinburne)- CMOS compatible nonlinear photonic chips for optical signal generation, processing and measurement
• Collaboration INL/CEA-LETI (laboratoire commun)
• MSCA ECLAUSion, partenariat ECL/RMIT Melbourne
• LIA ALPhFA avec partenaires universités australiennes RMIT, Swinburne, ANU, Université de Sydney, Macquarie

Vision d’artiste d’une plate-forme intégrée nonlinéaire hybride montrant trois exemples de composants envisagés, comme un laser impulsionnel, une fonction de conversion en longueur d’onde ou un modulateur électro-optique. Sur cette illustration, le graphene est présenté comme le matériau nonlinéaire au cœur des composants, tandis que des structures à fort confinement optique renforcent l’interaction avec ce matériau. [Vision du projet GRAPHICS]

• Coordinatrice : Christelle Monat
• Permanents : Christian Grillet, Sebastien Cueff, Ségolène Callard, Xavier Letartre, Pedro Rojo-Romeo, Aziz Benamrouche, Radek Mazurczyk
• Post-doctorants : Thomas Wood, Milan Sinobad
• Doctorants en cours : Jérémy Lhuillier, Pierre Demongodin, Pantea Pedram (co-tutelle RMIT), Rémi Armand
• Thèses soutenues : Malik Kemiche, Houssein El Dirani, Alexandra Pavlova