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INTEL : Top départ pour le laser 100% silicium

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Des scientifiques d'Intel ont fabriqué le premier laser "tout silicium". Créant ainsi les prémices d'une rupture technologique : des puces de silicium utilisables dans des applications aussi bien électroniques que photoniques, alors que les dispositifs photoniques actuels sont fabriqués avec des composés de matériaux semi-conducteurs onéreux tels que l'arséniure de gallium (GaAs) ou le phosphure d'indium (InP).

Le silicium se taille la part du lion dans l'industrie de la micro-électronique, mais n'est pas utilisé dans les applications photoniques car il n'émet pas suffisamment de lumière.

Certes, des chercheurs de l'Université de Californie, à Los Angeles, ont découvert, l'année dernière, un moyen d'exploiter l'effet Raman et de faire agir un laser sur du silicium. Mais, les contraintes expérimentales liées à ce résultat ne permettaient pas d'espérer que leur expérience ait des applications concrètes. La réalisation d'un laser Raman compact tout-silicium sur une puce de silicium ouvre donc littéralement un nouveau domaine de recherche grâce à Haisheng Rong et ses collègues des laboratoires Intel de Santa Clara en Californie et Jérusalem en Israël.

L'expérience :

Rong et ses collègues ont commencé par réaliser un guide d'onde en silicium en lui donnant la forme d'un "S" en utilisant des techniques standard de gravure et de photo-lithographie. Le guide d'onde a une section efficace interne d'environ 1,6 microns carrés et une longueur de 4,8 centimètres. Ensuite, ils ont fabriqué une cavité laser optique Raman en recouvrant l'une des facettes du guide d'onde avec un matériau très réfléchissant.

Schéma du montage © Nature

Les résultats :

En pompant la cavité avec les pulses d'un laser opérant à une longueur d'onde de 1536 nanomètres, l'équipe a observé un signal de sortie d'une longueur d'onde de 1669,5 nanomètres quand la puissance de la pompe a atteint 0,4 microWatts.

Spectre du laser Raman à silicium. Pour comparaison, le tracé bleu montre le spectre d'émission raman spontanée dans un guide d'onde sans cavité … après l'avoir multiplié par 100 000 ! © Nature

Cependant, cela ne s'est produit que sur une durée d'environ 100 nanosecondes, délai au bout duquel un phénomène appelé « absorption à deux photons » a stoppé l'activité du laser. Il reste donc aux chercheurs à résoudre cette problématique pour faire du laser tout silicium une technologie permettant une utilisation courante et en faire une véritable rupture technologique dans le domaine du laser.

Pour mieux comprendre cette Actu : Qu'est-ce que l'effet Raman ?

L'effet Raman est un effet quantique observé lorsque la lumière arrive sur un matériau. Les photons qui composent la lumière d'un laser ont tous une longueur d'onde identique (on parle de lumière monochromatique), mais ils peuvent subir quatre phénomènes différents :

1. soit ils sont transmis, c'est-à-dire qu'ils traversent la matière
2. soit ils sont absorbés, c'est-à-dire que leur énergie est totalement transformée en chaleur par les atomes du matériau
3. soit ils sont réfléchis, c'est-à-dire qu'ils frappent la matière et en ressortent, comme sur un miroir
4. soit ils frappent la matière et continuent leur route, mais en ayant pris ou cédé un peu d'énergie aux atomes qu'ils ont impacté. Leur énergie ayant changé, ces photons ont vu se modifier leur longueur d'onde, à la hausse ou à la baisse : ils ont subi l'effet Raman !
Cet effet est utilisé dans l'industrie des télécommunications pour amplifier les signaux optiques.

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