D’une part, fournir des débits plus élevés, des distances de transmission plus longues et maintenir la compatibilité avec les normes déployées sont les principaux enjeux des réseaux de communication, qui doivent en sus faire face aux défis liés à la réduction des coûts, des dimensions et de la consommation d’énergie. D’autre part, le déploiement de nouveaux systèmes optroniques intégrant de nouvelles technologies lasers pour le brouillage et la furtivité. De tels lasers sont utilisés pour rendre aveugles, temporairement ou définitivement, des équipements d’observation.
La photonique est la science et la technologie de la lumière, un marché mondial de près de 450 milliards d’euros par an (d’après Photonics21 et VDMA) que Frédéric Grillot avait mis en avant en 2015 dans le cadre de l’Année internationale de la Lumière organisée à Télécom Paris. L’objectif est de substituer les électrons par des photons, ces paquets d’énergie se déplaçant à la vitesse de la lumière et permettant d’accroitre de manière spectaculaire les puissances de calculs et de traitement de l’information. Dans ce cadre, Frédéric Grillot mène des recherches, depuis avril 2017, avec le Professeur John Bowers de l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB). Le projet porte sur le développement de nouvelles sources lasers directement épitaxiées sur silicium. Le milieu actif assurant l’émission des photons est composé d’ilots quantiques ce qui confère au laser des propriétés remarquables comme de très faibles courants d’alimentation, une insensibilité à la température et aux réflexions parasites provenant de l’environnement système et qui peuvent affecter la stabilité du laser.
Ces propriétés ont vocation à intéresser de grands acteurs industriels comme Intel, HP et IBM, Google et Facebook. En effet, le silicium étant un matériau peu cher, on peut envisager d’implémenter de telles sources compatibles avec la technologie CMOS développée par la microélectronique dans les futurs circuits intégrés photoniques qui équiperont les téléphones intelligents et les super-calculateurs de demain. Toujours dans un cadre similaire, le chercheur a également déposé un brevet avec le Professeur Marek Osinski de l‘Université du Nouveau-Mexique (UNM) aux États-Unis sur un nouveau concept de laser accordable sur silicium permettant de faire du routage optique à plus grande échelle.
Une autre activité concerne les communications atmosphériques où l’air est utilisé comme support physique pour la propagation des informations au lieu des fibres optiques dont on sait que les bandes passantes sont déjà grandement saturées. Une partie des recherches de Frédéric Grillot concerne notamment un projet ANR-DGA (Direction Générale de l’Armement), en collaboration avec MirSense, Thales Alenia Space, et Nokia, dont l’objectif repose sur la démonstration d’une communication atmosphérique déterministe à clef secrète opérant dans le domaine du moyen infrarouge. La transmission de l’information sera réalisée en encodant le message dans un signal chaotique émis par un laser à cascade quantique. Le chaos est un type d’oscillations riches intrinsèque aux lasers, lesquels peuvent aisément présenter des instabilités spatiales ou temporelles. La communication par chaos est une technologie éprouvée dans le proche infrarouge (télécoms) mais qui n’a encore jamais été appliquée au moyen infrarouge. Le chercheur et son équipe ont démontré la génération du chaos avec des sources à cascades quantiques (Article Jumpertz et al., Nature Light, 2016). En collaboration avec l’Université de Californie Los Angeles, ils s’attèlent maintenant à mieux le contrôler en étudiant son comportement à très basses températures. Les applications de la technologie pourraient permettre d’établir une communication sécurisée et furtive sur des terrains dépourvus de toute infrastructure. Si le système est suffisamment compact et efficace énergétiquement, son déploiement sur les différentes unités au sol ou dans les airs pourrait être envisagé afin d’établir un réseau sécurisé de communication.
