DOSSIER
OPTRONIQUE & infrarouge
opérant à de plus grandes longueurs d’ onde.
• Enfin le développement de circuits photoniques à base de matériaux III-V présente l’ avantage d’ une compatibilité naturelle avec les sources lasers à cascade quantique, facilitant l’ intégration des sources dans les systèmes photoniques infrarouge moyen.
Pour chacune de ces plateformes photoniques intégrées, les enjeux actuels concernent le développement des fonctions optiques élémentaires, en tenant compte des contraintes spécifiques associées à la gamme spectrale de l’ infrarouge moyen. Il est à noter qu’ à ce stade, la détection du signal optique est généralement envisagée de manière externe. En effet les contraintes associées aux photodétecteurs, notamment en termes de refroidissement, rendent leur intégration directe sur les circuits photoniques difficiles.
A terme, différentes architectures pourront être envisagées pour la réalisation de systèmes spectroscopiques intégrés, en fonction des performances atteintes pour chacune des fonctions optiques élémentaires. Parmi les approches possibles figurent l’ utilisation d’ une source optique large bande couplée à un spectromètre intégré, le recours à
Figure 1. Circuits photoniques intégrés basés sur des guides d’ onde en silicium nanostructurés à l’ échelle sub-longueur d’ onde.( a) Schéma d’ un guide d’ onde en membrane de silicium suspendue, dans lequel deux réseaux sub-longueur d’ onde forment une gaine métamatériau assurant à la fois le confinement optique et l’ accès à l’ acide fluorhydrique pour le retrait de la couche d’ oxyde enfouie. Image au microscope électronique à balayage( MEB) de la structure fabriquée, accompagnée de la caractérisation expérimentale des pertes de propagation, comprises entre 1 et 2 dB / cm dans la gamme de longueurs d’ onde de 5 à 7 µ m.( b) Circuit photonique complexe dans l’ infrarouge moyen réalisé à l’ aide de guides d’ onde en silicium sub-longueur d’ onde: spectromètre intégré à transformée de Fourier permettant une restitution spectrale autour de 5,5 µ m, correspondant à une longueur d’ onde record pour des circuits photoniques complexes en silicium dans l’ infrarouge moyen [ 1 ].
une source optique accordable ou encore la mise en œuvre d’ un système à double peigne de fréquence optiques.
LA PHOTONIQUE SILICIUM POUR L’ INFRAROUGE MOYEN: UTILISATION DES TECHNOLOGIES CMOS La photonique sur silicium( Si) basée sur la plateforme silicium-sur-isolant( SOI) s’ est imposée comme la technologie dominante pour les télécommunications optiques, grâce à sa compatibilité avec des procédés de fabrication CMOS matures, son fort contraste d’ indice et son potentiel pour une production à grande échelle à faible coût. Le contraste d’ indice élevé entre le silicium( n ≈ 3,44) et la silice( n ≈ 1,44) permet un confinement optique important et une forte densité d’ intégration, rendant la plateforme SOI particulièrement adaptée à la réalisation de circuits photoniques complexes.
Le silicium présente par ailleurs une large fenêtre de transparence s’ étendant jusqu’ à environ 8 μm, ce qui en fait une plateforme prometteuse pour la photonique dans l’ infrarouge moyen. Toutefois, l’ exploitation de la plateforme SOI dans ce domaine spectral est fondamentalement limitée par l’ absorption de la couche d’ oxyde enterrée( BOX), qui devient significative au-delà de longueurs d’ onde de l’ ordre de 3,5 – 3,6 μm. Les approches reposant sur l’ augmentation des dimensions des guides d’ onde permettent de réduire le recouvrement modal avec la silice absorbante, mais au prix d’ une interaction diminuée avec le milieu environnant, ce qui limite leur pertinence pour les applications de détection.
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