L’union de la cristallographie liquide et de l’écriture laser

Dans le monde fascinant de la photonique, une équipe de chercheurs a mis au point une méthode innovante pour contrôler et manipuler les signaux optiques. Cette technique, qui combine l’écriture laser directe et l’incorporation d’une couche de cristal liquide, pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour les dispositifs à base de puces et les circuits photoniques complexes.

Le Dr Alessandro Alberucci de l’Université Friedrich Schiller à Jena en Allemagne, a déclaré : « L’écriture laser de guides d’ondes et la modulation électro-optique via des cristaux liquides n’ont jamais été combinées de cette manière auparavant. Nous espérons que cette technologie pourrait être utilisée pour créer une nouvelle catégorie de dispositifs photoniques intégrés capables de traiter de grandes quantités d’informations pour les centres de données et autres applications gourmandes en données. »

Une plaque d’onde accordable dans un guide d’onde en silice fondue

Dans la revue « Optical Materials Express », les chercheurs décrivent comment ils ont créé une plaque d’onde accordable à l’intérieur d’un guide d’onde en silice fondue. Lorsqu’une tension est appliquée au cristal liquide, ses molécules tournent, ce qui modifie la polarisation de la lumière transmise à travers le guide d’onde.

Dans leurs expériences, les chercheurs ont démontré une modulation complète de la polarisation optique à deux longueurs d’onde visibles différentes.

De nouvelles possibilités pour les dispositifs photoniques intégrés

Le Dr Alberucci a ajouté : « Notre travail ouvre la voie à l’intégration de nouveaux types de fonctions optiques dans l’ensemble du volume d’une seule puce de verre, permettant des dispositifs photoniques intégrés 3D compacts qui n’étaient pas possibles auparavant. La nature unique 3D des guides d’ondes écrits en femtosecondes pourrait être utilisée pour créer de nouveaux modulateurs de lumière spatiale où chaque pixel est séparément adressé par un guide d’onde. La technologie pourrait également trouver une application dans la réalisation expérimentale de réseaux neuronaux optiques denses. »

Les lasers femtosecondes peuvent être utilisés pour écrire des guides d’ondes profondément à l’intérieur d’un matériau, ce qui en fait une approche prometteuse pour maximiser le nombre de guides d’ondes sur une seule puce.

Cette approche implique de focaliser un faisceau laser intense à l’intérieur d’un matériau transparent. Lorsque l’intensité optique est suffisamment élevée, le faisceau modifie le matériau sous illumination, agissant ainsi comme une sorte de stylo avec une précision de micromètre.

Surmonter les limites de l’écriture laser femtoseconde

« Le principal inconvénient de l’utilisation de la technologie d’écriture laser femtoseconde pour créer des guides d’ondes est la difficulté à moduler le signal optique dans ces guides d’ondes. Comme un réseau de communication complet nécessite des dispositifs capables de contrôler le signal transmis, notre travail explore de nouvelles solutions pour surmonter cette limitation. » a expliqué le Dr Alberucci.

Une approche hybride prometteuse

Bien que la modulation optique dans les guides d’ondes écrits au laser femtoseconde ait déjà été réalisée en chauffant localement le guide d’onde, l’utilisation de cristaux liquides dans le nouveau travail permet un contrôle direct de la polarisation.

« Notre approche présente plusieurs avantages potentiels : une consommation d’énergie plus faible, la possibilité d’adresser indépendamment des guides d’ondes uniques dans le volume et moins de diaphonie entre les guides d’ondes adjacents », a conclu le Dr Alberucci.

Vers des applications pratiques

Les chercheurs soulignent que cette étude n’est qu’une preuve de concept, et qu’il reste encore beaucoup de travail à faire avant que la technologie ne soit prête pour des applications pratiques. Par exemple, le dispositif actuel module chaque guide d’onde de la même manière, ils travaillent donc à obtenir un contrôle indépendant sur chaque guide d’onde.

Légende illustration : Un laser d’écriture utilisé pour générer des guides d’ondes, par exemple. Image : Jan-Peter Kasper (Université d’Iéna)

Article : K. Lammers, A. Alberucci, C. P. Jisha, A. Szameit, S. Nolte: “Electro-optical control of polarization in femtosecond-laser written waveguides using an embedded liquid crystal cell,” Opt. Mater. Express (2024). DOI: doi.org/10.1364/OME.507230