Isolateur optique intégré sur SOI

Contexte

L'optique sur silicium (SOI = Silicon On Insulator) est une technologie de plus en plus populaire pour miniaturiser et intégrer plusieurs fonctions optiques sur un seul chip de silicium. Cette technologie utilise les mêmes procédés de fabrication que la micro-électronique. L'isolateur optique sur SOI est une des dernières fonctions optiques passives qui reste à développer sur cette plateforme technologique. Bien qu'il y ait eu des publications sur le sujet, aucune technique mature n’est disponible pour l'instant. Un isolateur optique est un dispositif qui guide la lumière dans un sens et l’empêche de ce propager dans le sens inverse. C’est un composant extrêmement important dans les circuits optique. Les lasers sont la plus part du temps sensibles aux rétro-réflexions.

Description de la problématique

Les isolateurs optiques sont typiquement fabriqués avec des rotateurs de Faraday. Ces matériaux ayant des constantes de verdet élevés permettent de faire tourner la polarisation de la lumière qui les traverse lorsqu’un champ magnétique traverse le matériau. Le sens de la rotation est défini par la direction du champ magnétique et cette rotation est invariante par rapport à la direction de propagation de la lumière. Ainsi il suffit d’avoir un polariseur à l’entré et un à la sortie d’un rotateur de Faraday pour avoir un isolateur. L’yttrium-iron-garnet (YIG) ou le terbium-gallium-garnet (TGG) sont les matériaux les plus utilisés pour faire des rotateurs de Faraday. Le défi pour l’intégration photonique est de trouver une façon d’obtenir un rotateur de Faraday et créer un champ magnétique capable de faire tourner suffisamment la polarisation dans un volume restreint. L’intégration de matériaux avec de bonne constante de Verdet à même le silicium est une tâche complexe.

Contrainte(s)

1. Le dispositif doit être intégré sur SOI et compatible avec les procédés de fabrications micro-électronique disponible.
2. Les longueurs d’onde d’intérêt pour les télécommunications sont autour de 1550nm.
3. Une isolation de 40 dB serait adéquate pour la majorité des applications. Les pertes du dispositif doivent être meilleur que 2dB pour que ce soit envisageable de l’utiliser avec d’autres éléments.
4. Le champ magnétique requis pourraient être permanent ou induit mais les dimensions de l’isolateur complet doivent rester modeste comparativement à la grosseur du circuit optique sur SOI.
5. On vise donc une dimension maximal approximative de 5mm x 5mm x 2mm.
6. Finalement le dispositif doit être conçu de façon fiable pour réussir un jour à être qualifié selon les requis typique des produit destiné au marché des télécommunication. (Norme Telcordia)

Estimation durée du projet :24 mois