Une nouvelle technologie laser développée par l'EPFL et IBM
Photo d'un échantillon de LNOD utilisé pour des expériences de télémétrie laser cohérente. Crédit : Viacheslav Snigirev (EPFL)
Grâce à leur collaboration, l’EPFL et IBM ont conçu un laser à réglage ultrarapide de la longueur d’onde et à faible bruit, idéal pour la télémétrie optique. Les scientifiques ont combiné le niobate de lithium, un matériau de référence dans le domaine des télécommunications, avec le nitrure de silicium, plus conventionnel.
Des scientifiques de l’EPFL et d’IBM ont mis au point un nouveau type de laser qui pourrait avoir des répercussions significatives sur la technologie de télémétrie optique. Le laser est à base d’un matériau appelé niobate de lithium, qui est souvent utilisé dans le domaine des modulateurs optiques et qui contrôle la fréquence ou l’intensité de la lumière transmise par un dispositif.
Le niobate de lithium est particulièrement utile car il peut supporter une grande puissance optique. Il possède également un «coefficient de Pockels» élevé, ce qui signifie qu’il peut modifier ses propriétés optiques lorsqu’on applique un champ électrique sur celui-ci.
Les chercheuses et chercheurs ont fait cette découverte en combinant le niobate de lithium avec le nitrure de silicium, ce qui leur a permis de concevoir un nouveau type de laser accordable intégré hybride. Pour y parvenir, ils ont fabriqué des circuits intégrés pour la lumière («circuits intégrés photoniques») à base de nitrure de silicium à l’EPFL pour les lier ensuite à des tranches de niobate de lithium chez IBM.
Cette approche a permis de créer un laser à faible bruit de fréquence (une mesure de la stabilité de la fréquence du laser) et, simultanément, à réglage rapide de la longueur d’onde. Ces deux propriétés sont importantes pour un laser utilisé dans les applications de détection et de télémétrie par la lumière (LiDAR). Ils ont ensuite réalisé une expérience de télémétrie optique où ils ont utilisé le laser pour mesurer des distances avec une grande précision.
En plus des lasers intégrés, la plateforme hybride peut permettre la conception d’émetteurs-récepteurs intégrés pour les télécommunications ainsi que de transducteurs micro-ondes-optiques pour l’informatique quantique.
«Ce qui est remarquable dans ce résultat, c’est que le laser offre simultanément un faible bruit de phase et un réglage rapide en pétahertz par seconde, ce qui n’a jamais été réalisé auparavant avec un laser intégré à l’échelle d’une puce», déclare le professeur Tobias J. Kippenberg, qui a dirigé la partie EPFL du projet.
Les échantillons de puce ont été fabriqués au Centre de MicroNanoTechnologie (CMi) de l’EPFL et au Binnig and Rohrer Nanotechnology Center (BRNC) d’IBM Research.
Viacheslav Snigirev, Annina Riedhauser, Grigory Lihachev, Mikhail Churaev, Johann Riemensberger, Rui Ning Wang, Anat Siddharth, Guanhao Huang, Charles Möhl, Youri Popoff, Ute Drechsler, Daniele Caimi, Simon Hönl, Junqiu Liu, Paul Seidler, Tobias J. Kippenberg. Ultrafast tunable lasers using lithium niobate integrated photonics. Nature 15 March 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-05724-2