13 juin 2024
La puissance dépasse 10 mW, ce qui surpasse de nombreux systèmes conventionnels, affirment ses développeurs.
Les lasers à fibre utilisent une fibre optique dopée avec des éléments de terres rares (erbium, ytterbium, néodyme, etc.) comme source de gain optique. Ils émettent des faisceaux de haute qualité, sont efficaces et durables et sont généralement plus petits que les lasers à gaz. Selon les scientifiques de EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), Suisse, les lasers à fibre sont désormais la « référence » en matière de faible bruit de phase, ce qui signifie que leurs faisceaux restent stables dans le temps.
Malgré tout cela, il existe une demande croissante pour la miniaturisation des lasers à fibre à l’échelle d’une puce. Les lasers à fibre à base d’erbium sont intéressants car ils répondent à toutes les exigences nécessaires au maintien d’une cohérence et d’une stabilité élevées d’un laser. Mais leur miniaturisation s’est heurtée à des difficultés pour maintenir leurs performances à petite échelle.
Aujourd’hui, des scientifiques dirigés par le Dr Yang Liu et le professeur Tobias Kippenberg de l’EPFL ont construit le tout premier laser à guide d’onde dopé à l’erbium intégré à une puce qui se rapproche des performances des lasers à fibre, combinant une grande accordabilité de longueur d’onde avec la praticité de la photonique à l’échelle d’une puce. l’intégration. L’étude est publiée dans Photonique naturelle.
Laser à l’échelle d’une puce
Les chercheurs ont développé leur laser à l’erbium à l’échelle d’une puce en utilisant un processus de fabrication de pointe. Ils ont commencé par construire une cavité optique sur puce d’un mètre de long, basée sur un circuit intégré photonique en nitrure de silicium à très faible perte. “Nous avons pu concevoir la cavité laser pour qu’elle ait une longueur d’un mètre malgré la taille compacte de la puce, grâce à l’intégration de ces résonateurs à micro-anneaux qui étendent efficacement le chemin optique sans agrandir physiquement le dispositif”, a déclaré le Dr Liu.
L’équipe a ensuite implanté le circuit avec des ions erbium à haute concentration pour créer sélectivement le milieu de gain actif nécessaire au laser. Enfin, ils ont intégré le circuit avec un laser à pompe à semi-conducteur III-V pour exciter les ions erbium afin de leur permettre d’émettre de la lumière et de produire le faisceau laser. Pour affiner les performances et obtenir un contrôle précis de la longueur d’onde, les chercheurs ont conçu une conception intra-cavité innovante comprenant des filtres Vernier à microanneaux, un type de filtre optique capable de sélectionner des fréquences de lumière spécifiques.
Puissance, précision, stabilité et faible bruit
Les filtres permettent un réglage dynamique de la longueur d’onde du laser sur une large plage, le rendant polyvalent et utilisable dans diverses applications. Cette conception prend en charge un laser monomode stable avec une largeur de ligne intrinsèque incroyablement étroite de seulement 50 Hz. Il permet également une suppression significative des modes latéraux, c’est-à-dire la capacité du laser à émettre de la lumière à une fréquence unique et constante tout en minimisant l’intensité des modes latéraux. Cela garantit une sortie stable sur tout le spectre lumineux pour les applications de haute précision.
Le nouveau laser présente une puissance de sortie supérieure à 10 mW et un taux de suppression des modes latéraux supérieur à 70 dB, surpassant ainsi de nombreux systèmes conventionnels. Il a également une largeur de raie étroite, ce qui signifie que la lumière qu’il émet est « très pure et stable », explique l’EPFL, ce qui est important pour des applications cohérentes telles que la détection, les gyroscopes, le LiDAR et la métrologie des fréquences optiques.
Le filtre Vernier basé sur des microanneaux confère au laser une large accordabilité de longueur d’onde sur 40 nm dans les bandes C et L, surpassant les lasers à fibre existants en termes de réglage et de mesures d’éperons spectraux faibles, tout en restant compatible avec les processus de fabrication de semi-conducteurs actuels.
2024-06-13 11:50:49
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