L’innovation dans le domaine des technologies photoniques continue de surprendre par ses avancées. Une étude récente révèle le développement d’un multiplexeur spatial de modes photoniques microscopique autoportant, fabriqué grâce à l’impression 3D nanométrique. Cette technologie promet de transformer les systèmes de communication optique et les modalités d’imagerie exigeantes.
Les ondes optiques se propageant dans l’air ou à travers des fibres multimodes peuvent être structurées ou décomposées en utilisant des modes spatiaux orthogonaux. Ces manipulations d’ondes ont des applications variées dans l’imagerie, la communication et l’énergie dirigée. Cependant, les systèmes actuels sont encombrants et volumineux, limitant leur utilisation à des applications haut de gamme.
La mise au point d’un multiplexeur spatial de modes photoniques microscopique autoportant, utilisant l’impression 3D nanométrique, marque une avancée significative dans la technologie photonique. Ce multiplexeur spatial, caractérisé par sa compacité et sa capacité à être imprimé directement sur des circuits photoniques, des fibres optiques et des éléments optoélectroniques tels que des lasers et des photodétecteurs, ouvre de nouvelles opportunités pour l’intégration des systèmes et l’adoption de la technologie dans les futurs systèmes de communication à haute capacité et les modalités d’imagerie exigeantes.
Une Collaboration Internationale
Une nouvelle étude menée par Yoav Dana, doctorant sous la supervision du professeur Dan Marom et son équipe à l’Institut de Physique Appliquée de l’Université Hébraïque de Jérusalem, en partenariat avec des scientifiques de Nokia Bell Labs, a abouti au développement et à la démonstration d’un multiplexeur spatial de modes photoniques microscopique autoportant.
La lanterne photonique miniature a été fabriquée par une technique d’impression 3D nanométrique utilisant l’écriture laser directe, appliquée directement sur la pointe d’une fibre optique.
Les dispositifs de lanterne photonique convertissent les ondes optiques contenant une superposition de modes ou des fronts d’onde déformés en un ensemble de signaux optiques monomodes séparés. Cette technologie se distingue comme un candidat prometteur pour permettre le multiplexage par division spatiale (SDM) dans les futurs réseaux de communication optique à haute capacité, ainsi que dans l’imagerie et d’autres applications nécessitant la manipulation spatiale des ondes optiques.
Technologie et Intégration
En exploitant les capacités de l’impression 3D nanométrique et en utilisant des guides d’ondes à fort contraste d’indice, les chercheurs ont développé un dispositif compact et polyvalent pouvant être imprimé sur presque n’importe quelle plateforme solide avec une grande précision et une haute fidélité, permettant son intégration transparente dans divers contextes technologiques. Le dispositif de ~100 micromètres contraste fortement avec les lanternes photoniques traditionnelles basées sur des guides d’ondes faiblement guidants de plusieurs millimètres à centimètres de long, rendant l’intégration avec des systèmes photoniques microscopiques très difficile.
«Le développement de ce multiplexeur spatial de modes photoniques microscopique autoportant représente une avancée significative dans notre capacité à permettre et à adopter le multiplexage spatial pour divers systèmes et applications optiques,» a précisé le professeur Dan Marom. «Cette percée rend la technologie de multiplexage par division spatiale beaucoup plus accessible et propice à l’intégration, ouvrant de nouvelles possibilités pour les applications de communication optique et d’imagerie, pour n’en nommer que quelques-unes.»
Caractéristiques Techniques
Les chercheurs ont présenté la conception du dispositif en utilisant des algorithmes génétiques, la fabrication sur une pointe de fibre et la caractérisation d’une lanterne photonique de 375µm de long capable de convertir six entrées monomodes en un seul guide d’ondes à six modes. Malgré sa taille compacte, le dispositif présente une faible perte d’insertion (-2,6 dB), une faible sensibilité à la longueur d’onde et de faibles pertes dépendantes de la polarisation et des modes (-0,2 dB et -4,4 dB respectivement).
Légende illustration : Vue au microscope d’une lanterne photonique imprimée en 3D, d’une hauteur totale de 375 mm et présentant des caractéristiques spatiales de l’ordre de 1 mm. Crédit : Yoav Dana
Article : « Free-Standing Microscale Photonic Lantern Spatial Mode (De-) Multiplexer Fabricated using 3D Nanoprinting » – DOI: 10.1038/s41377-024-01466-6
