Le développement de systèmes compacts fonctionnant dans le domaine de l'infrarouge moyen présente un intérêt majeur pour les applications spectroscopiques et de détection. Il est intéressant de noter que les circuits photoniques en silicium-germanium (SiGe) à gradient d'indice possèdent des propriétés uniques pour le développement d'une plateforme photonique intégrée complète dans cette gamme de longueurs d'onde : leur transparence dans une large gamme spectrale, leur fort indice non linéaire et leur capacité à ajuster finement la bande interdite électronique et l'indice de réfraction des alliages SiGe.
Durant l’année écoulée, des avancées majeures ont ainsi été réalisées concernant différents composants essentiels à la réalisation de systèmes complexes :
• Des modulateurs optiques haute vitesse basés sur la variation de densité de porteurs libres dans des circuits photoniques SiGe ont été démontrés [1]. Le modulateur ainsi réalisé atteint un taux d'extinction allant jusqu'à 1,9 dB à une longueur d'onde de 9 µm. Un fonctionnement à haute vitesse jusqu'à 7 GHz est obtenu, avec une bande passante optique estimée à environ 3 GHz.
• Le développement de systèmes spectroscopiques nécessitant des sources optiques à large bande spectrale, la génération de supercontinuum a été améliorée, visant à réduire la puissance d'entrée requise. La génération de supercontinuum couvrant une octave avec une puissance crête record de 311 W dans cette gamme de longueurs d'onde a ainsi été démontrée [2].
• Des résonateurs intégrés compacts ont également été réalisés. Plusieurs conceptions ont été développées et comparées, mais dans chaque cas, le rayon de l'anneau est de 100 µm. Des facteurs de qualité supérieurs à 40 000, avec un taux d'extinction supérieur à 10 dB, ont été démontrés à une longueur d'onde de 7,5 m [3].
Il est intéressant de noter que chacun de ces résultats représente une avancée significative dans les performances des circuits intégrés photoniques fonctionnant dans le moyen infra rouge, ouvrant la voie à des systèmes spectroscopiques compacts et à hautes performances.
Références :
[1] J. Huertas-Pedroche, V. Turpaud, L. Lucia, A. Bousseksou, T.H.N. Nguyen, H. Dely, G.L. Ngo, S. Calcaterra, D. Impelluso, A. de Cerdeira Oliveira, E. Herth, D. Bouville, S. Edmond, J.R. Coudevylle, V. Merupo, E. Peytavit, J.F. Lampin, S. Barbieri, J. Frigerio, R. Colombelli, G. Isella, D. Marris-Morini, High-speed integrated Silicon Germanium optical modulator with 3 GHz bandwidth in the 5-9 µm wavelength range, Optics Express, 33(20), 42408-42419 (2025), https://doi.org/10.1364/OE.572563, https://hal.science/hal-05287436
[2] V. Turpaud, Y. Yang, H. Dely, A. Bricout, T.H.N. Nguyen, N. El Bouchikhi, S. Calcaterra, D. Impelluso, J-M. Hartmann, S. Edmond, C. Alonso-Ramos, L. Vivien, J. Frigerio, G. Isella, and D. Marris-Morini, Low-power supercontinuum generation in Ge-rich SiGe waveguides from 4 to 13 µm wavelength, APL Photonics (invited paper)10, 090804 (2025) https://doi.org/10.1063/5.0270228, https://hal.science/hal-05268510v1
[3] H. Dely, V. Turpaud, A. Bricout, S. Edmond, J.R. Coudevylle, D. Bouville, E. Herth, J. Frigerio, D. Impelluso, S. Calcaterra, G. Isella, C. Alonso Ramos, L. Vivien, D. Marris-Morini, Compact silicongermanium microresonators for longwave infrared frequencies Optics Express, 33 (19), 39715 (2025). https://doi.org/10.1364/OE.570083 , https://hal.science/hal-05249546
Contact : Delphine Marris-Morini
Financement. Ce travail est partiellement supporté par le réeseau RENATECH. Ces travaux ont reçus des financements de l’Union Européenne, via le Horizon Europe research and innovation program (101128598 - UNISON) et de l’European Research Council (101097569 - Electrophot).
Figure : (a) Modulateur électro-optique intégré : une diode Schottky est intégrée dans un guide d’ondes SiGe, et l’absorption des porteurs libres est utilisée pour obtenir une modulation optique à grande vitesse (b) : Résonateur en anneau compact. Un modulateur de phase thermique est utilisé pour mesurer avec précision la largeur de raie de résonance (c) : Génération de supercontinuum dans le guide d’ondes SiGe. L’ingénierie de la dispersion permet une génération de supercontinuum plat (plus d’une octave).
