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La photonique à base de germanium est prometteuse pour de nouveaux capteurs et une connexion Internet plus rapide

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La photonique à base de germanium est prometteuse pour de nouveaux capteurs et une connexion Internet plus rapide

2017-06-04

La lumière infrarouge moyenne, qui a une longueur d'onde plus longue que la lumière visible mais plus courte que les micro-ondes, a de nombreuses applications importantes dans les technologies de télédétection et de communication. Des chercheurs au Japon ont démontré le bon fonctionnement de plusieurs nouveaux composants photoniques qui peuvent efficacement guider le passage de la lumière dans l'infrarouge moyen. la recherche peut conduire à un Internet plus rapide et des détecteurs sensibles pour des molécules importantes comme le dioxyde de carbone. L'équipe présente ses résultats lors de la conférence et de l'exposition sur la communication par fibre optique, qui a eu lieu du 20 au 24 mars à anaheim, en californie, aux États-Unis.


les chercheurs ont construit les nouveaux composants à partir du matériau germanium (ge). comme le silicium, qui est couramment utilisé dans la photonique proche infrarouge classique, le germanium est un semi-conducteur du groupe iv, ce qui signifie qu'il est dans la même colonne du tableau périodique et a des propriétés électriques similaires. Le germanium a plusieurs propriétés qui le rendent particulièrement bien adapté pour transmettre et guider la lumière infrarouge moyenne, a déclaré Jian Kang, un doctorat. candidat dans le groupe takagi-takenaka dans le département de génie électrique et systèmes d'information, université de Tokyo, Japon.


Le germanium a une transparence optique élevée dans la gamme des infrarouges moyens, de sorte que la lumière infrarouge moyenne peut facilement la traverser. Comparé au silicium, le germanium a un certain nombre d'autres propriétés optiquement intéressantes. ceux-ci comprennent un indice de réfraction plus élevé, ce qui signifie que la lumière y passe plus lentement. Le germanium a également une non-linéarité de troisième ordre plus importante, un effet optique qui peut être exploité, par exemple, pour amplifier ou focaliser automatiquement des faisceaux de lumière. il a un effet de porteuse libre plus fort, ce qui signifie que des électrons porteurs de charge et des trous dans le matériau peuvent aider à moduler la lumière. Le germanium a également un effet thermo-optique plus fort que le silicium, ce qui signifie que l'indice de réfraction peut être contrôlé plus facilement avec la température.


\"Ces propriétés pourraient faire en sorte que les appareils basés sur le GE montrent des performances plus élevées ou même réaliser de nouvelles fonctionnalités dans l'infrarouge moyen\", a déclaré M. Kang. En outre, les récents progrès réalisés sur les lasers fabriqués à partir de matériaux à base de contrainte et de gesn font du germanium un matériau prometteur pour intégrer à la fois les composants produisant la lumière et la direction de la lumière sur la même puce photonique.


Kang et ses collègues ont conçu et testé plusieurs composants de guide d'ondes photoniques fondamentaux en germanium, y compris des coupleurs de réseau, des coupleurs mmi et des résonateurs à micro-anneaux. Les coupleurs mmi sont utilisés comme routeurs ou coupleurs pour le traitement du signal lumineux dans le guide d'ondes, et les résonateurs micro-annulaires sont utilisés pour filtrer certaines longueurs d'onde de la lumière traversant .


Le plus grand défi de l'équipe était de contrôler le processus de fabrication de l'appareil, y compris le polissage et la gravure de la plaquette de germanium, a déclaré M. Kang.


\"Actuellement, les performances du périphérique ge peuvent ne pas être aussi bonnes que celles de pointe basées sur le si, car l'étude des composants photoniques basés sur l'infrarouge moyen est assez récente et il reste de nombreux problèmes dans l'optimisation de le processus de fabrication », a-t-il dit. \"Néanmoins, nous croyons que les appareils à base de GE ont des avantages intrinsèques.\"


Les propriétés optiques attrayantes du germanium dans l'infrarouge moyen signifient qu'un guide d'ondes optimisé pourrait être plus compact qu'un dispositif similaire en silicium, ce qui signifie que plus de puces pourraient entrer dans le même espace, note kang.


De nombreuses molécules importantes, telles que le dioxyde de carbone, absorbent et émettent de la lumière dans l'infrarouge moyen lorsqu'elles modifient les états vibrationnels, de sorte que la photonique dans l'infrarouge moyen pourrait servir de base à de nouveaux capteurs. la surveillance et la détection des émissions de carbone, des explosifs cachés, et des conditions de santé comme la maladie du foie et le cancer sont tous possibles avec des capteurs basés sur ge, a déclaré M. Kang.


Les puces photoniques à base de GE ont également le potentiel d'augmenter la bande passante des communications par fibre optique. \"Dans un sens général, il peut rendre l'Internet beaucoup plus rapide\", a déclaré kang.


Pour l'instant, Kang et ses collègues travaillent à améliorer leurs techniques de fabrication. Ensuite, ils prévoient de construire plus de dispositifs, tels que des commutateurs optiques, et d'intégrer un laser gesn et des dispositifs de guide d'ondes ge sur la même puce.


explorer plus loin: imec démontre 50ghz ge guide d'onde électro-absorption modulateur

plus d'informations: présentation: \"conception et caractérisation de composants de guides d'ondes passifs ge sur ge-on-isolant pour la photonique dans l'infrarouge moyen\", par jian kang, xiao yu, mitsuru prisaka et shinichi takagi.

fourni par: société optique de l'Amérique


source: phys


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