La photonique sur silicium pour les communications à longue distance
Publié par Redbran le 30/03/2016 à 12:00
Source: CORDIS-Europa
De nouvelles sources de lumière sur puce pour la photonique sur silicium

La photonique sur silicium est une solution idéale pour réaliser des émetteurs-récepteurs évolués, à destination des liaisons par fibre optique haut débit. Cependant, le manque de sources de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) à proximité de la puce est le principal obstacle qui empêche cette technique de révolutionner les réseaux de télécommunication (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le terme synonyme officiel «communication...).


Démonstrateur amplificateur optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou...). Illustration: projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) HYSSOP
La nécessité d'intégrer la partie photonique sur les puces de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) résulte de la demande croissante pour des débits élevés, ainsi que pour des dispositifs optiques plus compacts et économiques. De nombreux dispositifs optiques efficaces ont été déjà réalisés sur silicium, notamment des filtres, modulateurs, multiplexeurs et détecteurs.

Le projet HYSSOP (Hybrid III-V/silicon laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...) for the future generation of photonic integrated circuits) a cherché à surmonter le principal obstacle à un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) généralisé de la photonique sur silicium, en concevant de nouvelles sources de lumière (un autre élément majeur de l'émetteur-récepteur) et en les intégrant sur des puces de silicium. Les chercheurs ciblaient des lasers à semi-conducteurs, fabriqués à partir de silicium et de semi-conducteurs du groupe III-V. Ils ont d'abord fabriqué des guides d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) sur une galette de silicium sur isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les...) (SOI), puis l'ont fusionnée avec une galette de semi-conducteurs III-V réalisée par épitaxie.

Les chercheurs ont démontré le potentiel de divers lasers mixtes sur silicium pour des usages allant des connexions optiques à courte distance jusqu'à la transmission optique à longue distance.

Pour le 100 GbE, une nouvelle technique consiste à utiliser des lasers à réaction distribuée (DFB) avec modulateur haut débit (Le terme de haut débit (ou large bande par traduction littérale de l'expression anglosaxonne broadband) fait référence à des capacités d'accès à internet supérieures à...). Les scientifiques ont réalisé un module émetteur-récepteur conforme aux normes, à l'aide d'un laser DFB mixte sur silicium de 25 mW, fonctionnant à 1 550 nm et intégré avec un modulateur. La puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de sortie a dépassé les 10 mW, le seuil minimal pour cette norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus souvent comme une règle à suivre. Ce terme générique...).

Un autre succès majeur du projet a été de réaliser des lasers mixtes, accordables et sur silicium, utilisables aussi bien pour l'émission que pour la réception dans les communications à longue distance. Les scientifiques ont consacré beaucoup de travaux pour réaliser des lasers puissants et accordables sur une large gamme de fréquences. Pour arriver à la puissance requise par des communications à longue distance, ils ont couplé un amplificateur optique à semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse contribuer à un courant électrique, quoique faible, est suffisamment...), mixte et à faible bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.).

Les lasers accordables à modulation directe sont économiques, et donc très intéressants pour les réseaux d'accès. Les chercheurs ont mis au point (Graphie) de tels lasers pour des fibres monomodales à 10 Gbit/s et jusqu'à 25 km.

Durant les 10 prochaines années, la photonique sur silicium devrait révolutionner les télécommunications et le transfert de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...). Le projet HYSSOP a notablement contribué à cette révolution. L'usage de points ou de tirets quantiques comme matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) actif de lasers mixtes, au lieu de puits quantiques, permet d'obtenir des dispositifs puissants et à faible bruit.

Pour plus d'information voir: Final Report projet HYSSOP
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