Un dispositif si petit qu’il est presque invisible à l’œil nu pourrait devenir la clé des futures puces de détection optique. Une équipe de recherche de l'Université du Colorado à Boulder a développé un microrésonateur optique « piste de course » haute performance qui peut réduire considérablement la perte de lumière, ouvrant ainsi la porte à des applications telles que la détection chimique, les équipements de navigation et même la mesure quantique. L'article correspondant a été publié dans le nouveau numéro d'Applied Physics Letters.
Le résultat de cette recherche est de créer un microrésonateur à guide d’onde optique sur une puce. L'épaisseur du microrésonateur ne représente que 1/10 d'un cheveu humain. Le microrésonateur peut être compris comme un microdispositif qui « piège la lumière ». La lumière y circule continuellement, accumulant progressivement de l’intensité. Lorsque la lumière est suffisamment forte, les scientifiques peuvent l’utiliser pour effectuer diverses opérations optiques spéciales. Bright, le premier auteur de l'article
Selon Lu, leur objectif est de permettre à ce dispositif de fonctionner efficacement à des puissances optiques inférieures.
L'équipe s'est concentrée sur les résonateurs « hippodrome », un dispositif nommé pour sa forme allongée qui ressemble à une piste de course. Ils ont spécifiquement adopté une conception de courbe douce appelée « courbe eulérienne », qui est couramment observée sur les routes et les voies ferrées, car les voitures ne peuvent pas soudainement tourner à angle droit lorsqu'elles se déplacent à grande vitesse, et il en va de même pour la propagation de la lumière. S'il se plie trop brusquement, il « glissera ».
L’utilisation de courbures aussi douces réduit considérablement les pertes optiques, permettant aux photons de rester plus longtemps à l’intérieur du résonateur, améliorant ainsi les interactions. S’il y a trop de perte de lumière, le résonateur ne peut pas accumuler suffisamment de lumière et ses performances seront considérablement réduites.
Les microrésonateurs ont été fabriqués par lithographie par faisceau d’électrons en salle blanche. Contrairement à la photolithographie traditionnelle, qui est limitée par la longueur d'onde de la lumière, cette technologie peut atteindre une précision inférieure au -nanomètre et convient au traitement de structures optiques à l'échelle micro-. En raison de la taille extrêmement petite de l'appareil, même de minuscules poussières ou défauts peuvent affecter la propagation de la lumière. Un environnement propre est donc crucial.
Le choix des matériaux est tout aussi crucial. L’équipe a utilisé un type de verre semi-conducteur au chalcogénure. Ce type de matériau présente une transparence élevée et de fortes propriétés non linéaires, ce qui le rend très adapté aux dispositifs photoniques. Cependant, ils sont difficiles à traiter, nécessitant un équilibre entre performances et difficulté de fabrication. En réduisant les pertes par flexion, l'équipe a réussi à créer des dispositifs à pertes ultra-faibles-avec des performances comparables aux plates-formes de matériaux avancés actuelles.
L’équipe de recherche a déclaré qu’à l’avenir, ce microrésonateur devrait devenir un composant clé des systèmes photoniques et pourra être utilisé dans les microlasers, les capteurs biochimiques et les dispositifs de réseau quantique. L’objectif ultime est de développer cette technologie en puces optiques pouvant être fabriquées à grande échelle.
