La photonique a suscité un intérêt considérable au cours de la dernière décennie en raison de ses perspectives de création de dispositifs fonctionnels à la fois pour les longueurs d’onde du proche infrarouge (NIR) et du moyen infrarouge (MIR). Les modulateurs optiques sont des circuits photoniques cruciaux qui permettent la commutation et le routage des signaux, le codage des données, la détection sensible à la phase et l’interrogation spectroscopique. Pour les modulateurs NIR, différents types de matériaux ont suscité un grand nombre de projets de recherche.
Dans un nouvel article publié dans Lumière : fabrication avancéeune équipe de scientifiques dirigée par le professeur Wei Jin de l’Université polytechnique de Hong Kong a développé un nouveau modulateur tout optique MIR basé sur une fibre à âme creuse remplie d’acétylène.
La motivation pour étudier plus avant les longueurs d’onde des modulateurs dans le MIR vient des applications possibles pour la photonique et la détection dans cette gamme. Les modulateurs MIR ont une multitude d’applications, y compris la génération de laser Q-switch activement, la surveillance de la pollution environnementale, la détection chimique et biologique, le contrôle des processus industriels, l’imagerie thermique multispectrale et le diagnostic médical des maladies précoces.
La plupart des modulateurs MIR sont établis sur des plates-formes intégrées à des guides d’ondes ou en espace libre. Les dispositifs intégrés sur puce ont attiré une attention particulière en raison de leur géométrie de guide d’ondes flexible et de leur compatibilité complémentaire avec les semi-conducteurs à oxyde métallique.
Divers modulateurs intégrés au guide d’ondes ont été démontrés, y compris ceux basés sur les effets électro-optiques, thermo-optiques, de dispersion de plasma porteur libre et d’électro-absorption. La plupart des modulateurs intégrés au guide d’ondes sont basés sur la plate-forme silicium sur isolant ou silicium sur niobate de lithium, principalement utilisée dans la région NIR en raison d’une absorption de matériau plus forte à des longueurs d’onde plus longues.
Pour les modulateurs en espace libre, les structures métamatérielles, hybrides et à motifs sont couramment utilisées pour améliorer l’interaction lumière-matière afin d’obtenir une efficacité de modulation plus élevée. La plupart des modulateurs MIR sont entraînés électriquement avec une électronique externe appliquée directement sur les dispositifs de modulation.
Les chercheurs ont montré une nouvelle méthode pour obtenir une modulation de phase MIR en exploitant l’effet photothermique (PT) dans la fibre à noyau creux anti-résonnante remplie d’acétylène (C2H2) (AR-HCF). L’effet PT dans les HCF remplis de gaz a été exploité pour la détection de gaz ultra-sensible.
La longue distance d’interaction et le chevauchement presque parfait des champs de pompe et de sonde du HCF avec le matériau gazeux améliorent considérablement l’interaction lumière-gaz, permettant une modulation de phase plus importante et donc une meilleure sensibilité au gaz sur les systèmes en espace libre. Les chercheurs ont encore étendu le champ d’application de l’effet PT dans les HCF remplis de gaz aux modulateurs MIR tout optiques.
Différent du guide d’ondes piloté en tension et des modulateurs en espace libre, les modulateurs de phase PT MIR sont pilotés optiquement par un laser de contrôle économique dans la bande de télécommunication NIR. En plaçant le modulateur de phase (PM) dans un bras d’un interféromètre Mach-Zehnder (MZI), la modulation d’intensité MIR (IM) est davantage démontrée. Les AR-HCF ont intrinsèquement une transmission large bande qui, couplée aux raies d’absorption étroites des matériaux gazeux, permet de développer des dispositifs de modulation tout optique ultra large bande du NIR au MIR.
Plus d’information:
Kaiyuan Zheng et al, Modulateurs tout optiques à infrarouge moyen basés sur une fibre à âme creuse remplie d’acétylène, Lumière : fabrication avancée (2022). DOI : 10.37188/lam.2022.050