Une avancée franco-américaine majeure en photonique silicium pour les télécoms et les réseaux
jeudi 28 juin 2018
Juin 2018. Des chercheurs de Télécom ParisTech, dans le cadre d’une collaboration avec l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB), ont mis au point de nouvelles sources optiques dont les performances sont prometteuses pour la photonique sur silicium. Ces lasers faiblement énergivores et très stables en température ouvrent ainsi de nombreuses perspectives d’amélioration pour les systèmes de transmissions très haut-débit, les datacoms, sans oublier les supercalculateurs. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Applied Physics Letters , éditée par AIP Publishing.
Une nouvelle technologie d’élaboration de composants III-V par croissance directe sur le silicium vient d’être proposée. Cette prouesse technologique permet d’obtenir des composants présentant des performances remarquables en termes de puissance de sortie, de courants d’alimentation et de robustesse à la température. Les résultats montrent aussi une stabilité accrue de ces sources vis-à-vis des réflexions parasites, un point crucial pour la production de systèmes de communication à bas coût, sans isolateur optique. Les géants industriels comme Nokia, Bell Labs, Cisco mais aussi les GAFA fondent beaucoup d’espoir sur cette technologie pour développer la prochaine génération de systèmes optiques opérant à très haut débit.
L’approche actuellement privilégiée par l’industrie est basée sur le collage thermique d’un laser à semi-conducteurs (réalisé avec un matériau III-V) sur un substrat de silicium structuré afin de guider la lumière. Non optimal en termes de coûts, le collage thermique n’est pas aisé à remplacer, car silicium et III-V ne sont pas des éléments naturellement compatibles. Or cette nouvelle technologie ouvre la voie à la réalisation de sources laser directement épitaxiées sur silicium, prouesse bien plus compliquée à atteindre que pour d’autres composants (modulateur, guides, etc.). Depuis quelques années, le silicium est devenu un composant essentiel de la micro-électronique. Et ces nouvelles sources optiques sur silicium vont permettre à l’industrie d’adapter ses procédés de fabrication sans les changer, tout en répondant aux enjeux actuels : fournir des débits plus élevés compatibles avec les défis de réduction des coûts, des dimensions et de la consommation d’énergie.
Cette avancée est le résultat d’une collaboration entre Frédéric Grillot, Professeur à Télécom ParisTech, et John Bowers, Professeur à l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB). L es recherches de l’équipe du Professeur Bowers sont à l’avant-garde du développement de la technologie qui a conduit au premier laser « hybride III-V sur silicium » (en 2006 avec Intel), technologie distinguée en 2007 par le « ACE Award » (Annual Creativity in Electronics) comme étant la plus prometteuse. Cette collaboration, l’une des seules hors Etats-Unis, de John Bowers avec Frédéric Grillot et son équipe est un marqueur de qualité des recherches menées à Télécom ParisTech.
La photonique sur silicium est une discipline qui ambitionne de révolutionner l’industrie de la micro-électronique et les technologies de communications. Il s’agit d’une combinaison de deux des inventions parmi les plus importantes à savoir le circuit intégré en silicium et le laser semi-conducteur. L’intégration photonique ouvre de nombreuses perspectives car elle permet un transfert rapide des données sur des distances plus longues par rapport à l’électronique classique, tout en s’appuyant sur l’efficacité de fabrication du silicium à grande échelle.
Contact pour en savoir plus : Alexia Kappelmann – tél. 01 45 81 73 40