DOSSIER
OPTRONIQUE & infrarouge
croissant avec la concentration en Ge, la structure graduelle permet également une variation graduelle de l’ indice de réfraction, et un confinement optique en haut du guide, là où la teneur en Ge est la plus grande.
Ce type de circuits photoniques est développé depuis plusieurs années et un ensemble de composants a été démontré, montrant les performances de ces guides d’ onde pour la photonique dans l’ infrarouge moyen, principalement pour les longueurs d’ onde au-delà de 7-8 µ m où les plateformes Si ne sont plus adaptées. À titre d’ exemple il a été montré que le fort coefficient non linéaire permet un élargissement spectral d’ un train d’ impulsion( génération de supercontinuum) et qu’ une puissance moyenne de l’ ordre du milliwatt était suffisante pour générer un signal couvrant plus d’ une octave, de 6 à 12 µ m de longueur d’ onde( Figure 2 b) [ 2 ]. Par ailleurs, l’ ingénierie des guides et de la dispersion dans des miroirs de Bragg « chirpés » a permis de compenser la dispersion de source laser QCL à peigne de fréquence, permettant la génération d’ impulsions temporelles( Figure 2c) [ 3 ]. Des résonateurs compacts( anneaux de rayon 100 µ m) ont également démontré de bonnes performances au-delà de 8 µ m de longueur d’ onde( Figure 2d) [ 4 ]. Finalement des modulateurs optiques ont été développés, et une bande passante de plus de 3 GHz a pu être obtenue( Figure 2 e) [ 5 ]. Ces modulateurs utilisent la variation du coefficient d’ absorption par variation de densité de porteurs libres dans des diodes intégrées dans les guides d’ onde.
Ces exemples montrent la versatilité et les performances de la plateforme photonique à base d’ alliages SiGe pour l’ infrarouge moyen. Différents blocs de base ont pu être démontrés ces dernières années et chacune de ces fonctions pourra être utile pour la réalisation de systèmes spectroscopiques. Les sources à supercontinuum sont des sources large bande permettant l’ analyse simultanée de plusieurs molécules ayant des raies d’ absorption à différentes longueurs d’ onde dans l’ infrarouge moyen. La compression temporelle d’ impulsion optique permet d’ envisager dans le futur le pompage de ces sources à supercontinuum par des lasers à cascades quantiques compacts. Quand aux résonateurs en anneau et aux modulateurs optiques, ce sont deux éléments clefs pour la réalisation de peignes de fréquence optiques, qu’ il soient obtenus par effet Kerr ou par génération électro-optique.
Figure 2. Circuits photoniques intégrés utilisant les alliages SiGe.( a) Vue schématique des guides d’ onde utilisés: une couche graduelle de SiGe à partir du substrat Si permet le confinement optique dans la région supérieure du guide;( b) Génération de supercontinuum optique par effet nonlinéaire dans le guide. Un signal couvrant plus d’ une octave, de 6 à 12 µ m de longueur d’ onde est obtenu pour une pompe d’ entrée à 9 µ m de longueur d’ onde, de puissance moyenne de l’ ordre de 1 mW [ 2 ];( c) La compensation de dispersion dans des miroirs de Bragg « chirpée » est utilisé pour comprimer temporellement des signaux optiques issus de sources QCL [ 3 ];( d) des résonateurs intégrés compacts fonctionnent sur une large bande spectrale, de 7.6 à 8.4 µ m de longueur d’ onde [ 4 ];( e) des modulateurs optiques utilisant la variation de coefficient d’ absorption par variation de densité de porteurs libres fonctionnent avec une bande passante supérieure à 3 GHz [ 5 ].
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