Les chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), en collaboration avec le Laboratoire Charles Fabry (LCF) ont démontré des diodes laser DFB monofréquence à injection électrique basées sur des structure à double réseaux exploitant le concept de symétrie Parité-Temps. La discrimination modale de ces lasers est meilleure par rapport aux dispositifs à couplage d'indice ou de gain de la même technologie.
L’ingénierie de la permittivité électrique et de la perméabilité magnétique est depuis longtemps utilisé un dans la conception de dispositifs photoniques. Les cristaux photoniques et les métamatériaux représentent les exemples les plus connus des structures artificielles permettant de réaliser un contrôle de la permittivité électrique et de la perméabilité magnétique. D'autre part, en pratique, la conception et l'ingénierie des dispositifs photoniques actifs repose non seulement sur le contrôle d’indice de réfraction, mais aussi du gain ou des pertes. En particulier, la présence des pertes a longtemps été considérée comme uniquement néfaste, causant la dégradation des performances des systèmes optiques. L’avènement du concept de la symétrie Parité-Temps en optique a conduit au changement du paradigme. L’indice de réfraction, le gain et les pertes sont ainsi considérés comme des "ingrédients" à part entière pour ce type de systèmes optiques.
Dans un travail publié en janvier 2021 dans la revue Nanophotonics, une équipe de chercheurs du département Photonique du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Univ. Paris-Saclay) en collaboration avec le Laboratoire Charles Fabry- LCF (CNRS/Univ. Paris-Saclay), a appliqué le concept de symétrie Parité-Temps à des dispositifs pratiques matures, en particulier à la conception et à la fabrication d'une diode laser DFB à injection électrique. L'intérêt principal de l'application du concept de symétrie Parité-Temps aux lasers DFB est d'améliorer le comportement monofréquence grâce à une modulation simultanée de l'indice de réfraction et des pertes.
La figure 1(a) représente le principe de profil d’indice de réfraction complexe avec une structure laser DFB à double réseau permettant une modulation séparée de la partie réelle et imaginaire de l’indice de réfraction.
La fabrication et la caractérisation de la structure expérimentale (voir figure 1b), ont été effectuées à C2N* tandis que la conception et la modélisation ont été réalisées conjointement par les partenaires C2N et LCF. Les performances du laser en termes de pureté spectrale sont au niveau de l’art pour les lasers DFB. Le taux de réjection de lobes secondaires est > 50 dB et la puissance de sortie du laser est de 14 mW. L’étude du comportement en réflexion a démontré une signature claire d'amplification unidirectionnelle qui est une caractéristique distinctive de la symétrie Parité-Temps. Des données préliminaires encourageantes montrent une robustesse accrue de la résistance à la rétroaction optique.
[1] Bender, C. M., & Boettcher, S. (1998). Real spectra in non-Hermitian Hamiltonians having PT symmetry. Physical Review Letters, 80(24), 5243.
[2] Feng, L. El-Ganainy, R. & Ge, L. (2017) Non-Hermitian photonics based on parity–time symmetry, Nature Photonics 11, 752–762.
*In the C2N Technology Facility (cleanroom), member of the French network of large high-end facilities (RENATECH CNRS)
References
Electrically injected parity-time symmetric distributed feedback laser diodes (DFB) for telecom applications
V. Brac de la Perrière1, Q. Gaimard1, H. Benisty2, A. Ramdane1, A. Lupu1
Nanophotonics, doi.org/10.1515/nanoph-2020-0587
https://www.degruyter.com/view/journals/nanoph/ahead-of-print/article-10.1515-nanoph-2020-0587/article-10.1515-nanoph-2020-0587.xml
1Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (CNRS, Université Paris-Saclay)
2 Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique, CNRS, Univ. Paris Saclay
Contact
• Anatole Lupu, chercheur CNRS au C2N
Figure : (a) Schéma des réseaux à symétrie Parité-Temps, avec les plans de symétrie des réseaux (lignes pointillées) décalés d'un quart de période, (b) Images MEB de lasers DFB fabriqués avec un réseau de Bragg à profil d’indice complexe.
