Les systèmes microélectromécaniques photoniques au silicium font un pas en avant

Ces dernières années, la numérisation mondiale a connu une accélération sans précédent. Le streaming vidéo et la visioconférence dans les bureaux à domicile et les environnements d’apprentissage à distance ont entraîné une augmentation de l’utilisation du haut débit résidentiel. Les applications émergentes telles que l’intelligence artificielle et les véhicules autonomes accéléreront encore le besoin de communication de données à l’avenir. L’infrastructure Internet d’aujourd’hui repose sur des communications par fibre optique, mais comment rendre les systèmes de communication par fibre optique plus efficaces pour répondre aux futurs besoins de communication numérique ?

Pour faire face à l’augmentation des débits de données, les systèmes de communication à fibre optique utilisent de nombreux canaux de communication individuels à des longueurs d’onde dédiées, une technique connue sous le nom de multiplexage par répartition en longueur d’onde. Les canaux sont combinés dans un multiplexeur avant transmission sur une fibre optique. Pour récupérer les données, le spectre optique est démultiplexé côté récepteur. Généralement, cette opération est effectuée à l’aide de circuits intégrés photoniques (PIC). Les PIC confinent et guident la lumière dans des composants à l’échelle microscopique qui manipulent des informations dans plusieurs canaux de longueur d’onde, tels que des réseaux de guides d’ondes en réseau ou des résonateurs en anneau intégrés.

Dans un article publié dans le Journal des microsystèmes optiques, Hamed Sattari et ses co-auteurs ont maintenant démontré un composant économe en énergie pour l’opération de démultiplexage en déplaçant physiquement un résonateur en anneau de silicium suspendu dans un circuit intégré photonique. Le déplacement mécanique du résonateur en anneau permet l’extraction d’un canal de longueur d’onde dans un guide d’onde de bus, agissant efficacement comme un filtre d’insertion-extraction à commande micromécanique. Le mécanisme d’actionnement électrostatique s’appuie sur des systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS), une technologie largement mise en œuvre dans l’électronique grand public, comme les micromiroirs pour vidéoprojecteurs.

Comparé à ces MEMS optiques établis, le nouveau MEMS photonique au silicium présenté dans l’article est d’environ 3 ordres de grandeur plus petit. La section transversale du guide d’ondes du résonateur en anneau est inférieure à 650 nm x 220 nm, et un déplacement inférieur à 500 nm est suffisant pour faire fonctionner le filtre. Cette empreinte compacte permet un fonctionnement rapide par rapport aux produits MEMS établis, et le mécanisme d’actionnement électrostatique assure une consommation d’énergie extrêmement faible, ce qui rend ce nouveau filtre très économe en énergie.

Le filtre add-drop MEMS photonique au silicium a été implémenté par post-traitement sur une plate-forme photonique au silicium standard d’IMEC, une organisation internationale de recherche et développement dont le siège est en Belgique. « L’intégration des MEMS dans la photonique sur silicium qui a été fabriquée dans le cadre d’un processus de fonderie standardisé représente une étape technologique importante. Nous démontrons que les MEMS photoniques peuvent être intégrés aux côtés de composants photoniques hautes performances établis sur puce et peuvent être adaptés à de grands volumes », a déclaré Niels Quack, qui a dirigé l’activité de développement de MEMS photoniques à l’EPFL, en Suisse (maintenant à l’Université de Sydney).

« Notre contribution démontre que les MEMS photoniques au silicium ont franchi une étape importante dans la maturité technologique », a déclaré Sattari. « Des circuits intégrés photoniques à grande échelle composés de milliers de composants tels que le filtre add-drop peuvent désormais être construits, fournissant une plate-forme manquante qui peut rendre les applications de centre de données et de communication par fibre optique plus économes en énergie. »