Dans une quête pour miniaturiser une technologie qui nécessite généralement un équipement encombrant, des scientifiques ont réussi à réduire un laser à mode bloqué (MLL) à la taille d’une puce optique grâce à une plateforme nanophotonique intégrée. Cette réalisation ouvre le chemin à des systèmes lasers ultra-rapides pour une multitude d’applications.
Réduction de la taille des lasers à mode bloqué
Les lasers à mode bloqué (MLL) sont capables de produire des impulsions lumineuses ultra-courtes et cohérentes à des vitesses extrêmement rapides, de l’ordre des picosecondes et des femtosecondes. Ces dispositifs ont permis l’émergence de nombreuses technologies en photonique, comme l’optique non linéaire extrême, la microscopie à deux photons et l’informatique optique. La plupart des MLL sont toutefois coûteux, gourmands en énergie et nécessitent des composants optiques discrets et encombrants.
En conséquence, l’utilisation de systèmes photoniques ultra-rapides a généralement été limitée aux expériences de laboratoire sur table. De plus, les MLL dits «intégrés», destinés à alimenter les plateformes nanophotoniques, souffrent de limitations critiques telles qu’une faible puissance de crête et un manque de contrôlabilité.
Une nouvelle approche pour les MLL intégrés
Grâce à l’intégration hybride d’une puce d’amplificateur optique à semi-conducteurs avec un nouveau circuit nanophotonique en niobate de lithium en film mince, Quishi Guo et son équipe du département d’ingénierie électrique de l’Institut de technologie de Californie, aux États-Unis ont créé un MLL intégré de la taille d’une puce optique.
Selon eux, le MLL génère des impulsions optiques ultra-courtes d’environ 4,8 picosecondes à environ 1065 nanomètres avec une puissance de crête d’environ 0,5 Watts – la plus haute énergie d’impulsion de sortie et la puissance de crête de tous les MLL intégrés dans les plateformes nanophotoniques.
De plus, les chercheurs ont démontré que le taux de répétition du MLL intégré peut être réglé sur une plage d’environ 200 mégahertz, et que les propriétés de cohérence du laser peuvent être précisément contrôlées, offrant une voie vers une source de peigne de fréquences nanophotoniques entièrement stabilisée sur puce.
En synthèse
La réalisation des chercheurs du Caltech marque une étape importante dans la miniaturisation des technologies photoniques. Leur travail sur le laser à mode bloqué pourrait ouvrir la voie à des systèmes nanophotoniques ultra-rapides plus accessibles et plus maniables pour une large gamme d’applications.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un laser à mode bloqué (MLL) ?
Un laser à mode bloqué est un type de laser qui produit des impulsions lumineuses ultra-courtes et cohérentes à des vitesses extrêmement rapides, de l’ordre des picosecondes et des femtosecondes.
Quels sont les défis associés aux MLL traditionnels ?
Les MLL traditionnels sont souvent coûteux, gourmands en énergie et nécessitent des composants optiques discrets et encombrants. De plus, ils souffrent de limitations telles qu’une faible puissance de crête et un manque de contrôlabilité.
Comment Guo et son équipe ont-ils surmonté ces défis ?
Ils ont utilisé une intégration hybride d’une puce d’amplificateur optique à semi-conducteurs avec un nouveau circuit nanophotonique en niobate de lithium en film mince pour créer un MLL intégré de la taille d’une puce optique.
Quelles sont les performances de ce nouveau MLL intégré ?
Le MLL intégré génère des impulsions optiques ultra-courtes d’environ 4,8 picosecondes à environ 1065 nanomètres avec une puissance de crête d’environ 0,5 Watts. De plus, son taux de répétition peut être réglé sur une plage d’environ 200 mégahertz.
Quelles sont les implications de cette réalisation ?
Cette réalisation pourrait ouvrir la voie à des systèmes nanophotoniques ultra-rapides plus accessibles et plus maniables pour une large gamme d’applications.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| 1. Les lasers à mode bloqué (MLL) produisent des impulsions lumineuses ultra-courtes à des vitesses extrêmement rapides. |
| 2. Les MLL traditionnels sont coûteux, gourmands en énergie et nécessitent des composants optiques encombrants. |
| 3. Guo et son équipe ont créé un MLL intégré de la taille d’une puce optique. |
| 4. Le MLL intégré génère des impulsions optiques ultra-courtes d’environ 4,8 picosecondes à environ 1065 nanomètres. |
| 5. Le MLL intégré a une puissance de crête d’environ 0,5 Watts. |
| 6. Le taux de répétition du MLL intégré peut être réglé sur une plage d’environ 200 mégahertz. |
| 7. Cette réalisation pourrait ouvrir la voie à des systèmes nanophotoniques ultra-rapides plus accessibles et plus maniables. |
| 8. Des défis restent à relever pour optimiser davantage ces systèmes. |
| 9. Les propriétés de cohérence du laser peuvent être précisément contrôlées. |
| 10. Cela offre une voie vers une source de peigne de fréquences nanophotoniques entièrement stabilisée sur puce. |
Références
Guo, Q. et al. (2023). Hybrid integration of a semiconductor optical amplifier chip with a novel thin-film lithium niobate nanophotonic circuit. Journal of Nanophotonics.
Article : « Ultrafast mode-locked laser in nanophotonic lithium niobate » – DOI: 10.1126/science.adj5438
