Des microlentilles pour une nouvelle ère de la communication optique

La miniaturisation et l’efficacité deviennent des critères essentiels dans l’intégration photonique comme les microlentilles. Une équipe de chercheurs vient de relever les défis de l’emballage et de l’intégration de ces circuits, ouvrant la voie à des systèmes de télécommunication de nouvelle génération, des capteurs et des dispositifs biomédicaux.

L’intégration photonique : un défi de taille

À l’instar de l’électronique, les circuits photoniques sont en mesure d’être miniaturisés sur une puce, donnant naissance à ce que l’on appelle un circuit intégré photonique (PIC). Bien que ces développements soient plus récents que pour l’électronique, ce domaine évolue rapidement.

L’un des principaux problèmes, toutefois, est de transformer un tel PIC en un dispositif fonctionnel. Cela nécessite des stratégies d’emballage optique et de couplage pour introduire la lumière dans le PIC et pour en extraire la lumière.

Par exemple, pour la communication optique, une connexion doit être établie avec des fibres optiques, qui transportent ensuite les impulsions lumineuses sur de longues distances. Alternativement, le PIC pourrait abriter un capteur optique qui nécessite une lumière externe pour sa lecture.

Comme la lumière sur un PIC se propage dans des canaux très petits avec des dimensions sub-micrométriques, appelés guides d’ondes, ce couplage optique est très difficile et nécessite un alignement soigneux entre le PIC et les composants externes. Les composants optiques sont également très fragiles, de sorte qu’un emballage approprié du PIC est vital pour obtenir un dispositif fiable.

Des solutions pour les défis de l’emballage et de l’intégration

L’équipe de recherche du Professeur Van Steenberge et du Professeur Jeroen Missinne à l’Université de Gand et à l’imec développe des solutions pour surmonter les défis liés à l’emballage et à l’intégration des PIC, pour les systèmes de télécommunication de nouvelle génération, les capteurs et les dispositifs biomédicaux. L’une de leurs activités est axée sur l’utilisation de très petites lentilles (microlentilles) pour connecter plus facilement les canaux optiques sur les PIC avec des fibres optiques externes ou d’autres éléments.

Ils ont démontré que des microlentilles peuvent être intégrées sur le PIC lui-même, pendant son processus de fabrication, ou que des microlentilles externes peuvent être ajoutées pendant le processus d’emballage. Ce dernier est le sujet d’un récent article dans le Journal of Optical Microsystems.

Une avancée significative dans le domaine des capteurs optiques

Une petite lentille à bille d’un diamètre de 300 um a été utilisée pour réaliser une connexion efficace entre un capteur sur un PIC et une fibre optique qui peut être connectée à un équipement de lecture standard. De plus, l’article décrit les étapes importantes qui ont été nécessaires pour transformer le PIC en une sonde de capteur miniature fonctionnelle et entièrement emballée (moins de 2 mm de diamètre).

Le type de capteur optique qui a été développé dans cette démonstration était un capteur de température à réseau de Bragg qui pouvait mesurer jusqu’à 180°C.

Le capteur a été réalisé dans le cadre du projet européen SEER en collaboration avec Argotech (République tchèque) et le laboratoire de recherche en communications photoniques de l’Université technique nationale d’Athènes (Grèce).

Dans ce projet, plusieurs partenaires européens se concentrent sur l’intégration de capteurs optiques dans les routines de fabrication pour la réalisation de pièces composites, comme celles utilisées dans les avions, ce qui permettra à terme d’optimiser les processus, d’économiser de l’énergie et de réduire les coûts.

En synthèse

Les travaux de l’équipe de recherche ouvrent la voie à une nouvelle ère pour les systèmes de télécommunication, les capteurs et les dispositifs biomédicaux.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un circuit intégré photonique (PIC) ?

Un circuit intégré photonique (PIC) est un circuit qui utilise la lumière (photons) au lieu de l’électricité (électrons) pour effectuer ses fonctions. Il est généralement fabriqué en utilisant des techniques similaires à celles utilisées pour les circuits intégrés électroniques.

Quels sont les défis liés à l’emballage et à l’intégration des PIC ?

Les défis liés à l’emballage et à l’intégration des PIC comprennent la nécessité d’un alignement précis entre le PIC et les composants externes, ainsi que la fragilité des composants optiques qui nécessitent un emballage approprié pour assurer la fiabilité du dispositif.

Qu’est-ce qu’une microlentille ?

Une microlentille est une très petite lentille, généralement de l’ordre du micromètre. Elle peut être utilisée pour faciliter la connexion entre les canaux optiques sur un PIC et des fibres optiques externes ou d’autres éléments.

Qu’est-ce que le projet SEER ?

Le projet SEER est un projet européen qui se concentre sur l’intégration de capteurs optiques dans les routines de fabrication pour la réalisation de pièces composites, comme celles utilisées dans les avions. Il vise à optimiser les processus, à économiser de l’énergie et à réduire les coûts.

Quels sont les avantages potentiels de l’intégration photonique ?

L’intégration photonique a le potentiel de révolutionner de nombreux domaines, y compris les systèmes de télécommunication, les capteurs et les dispositifs biomédicaux, en permettant la miniaturisation et l’augmentation de l’efficacité des dispositifs.

Références

Article : « Silicon photonic temperature sensor : from photonic integrated chip to fully packaged miniature probe » J. Opt. Microsys. 4(1) 011005 (2023) doi : 10.1117/1.JOM.4.1.011005.