Source paramétrique accordable injectée électriquement – SPAIN

L'oscillateur paramétrique optique (OPO) est un instrument optique bien connu, qui d’un point de vue fonctionnel est une source cohérente accordable en longueur d’onde. Comme le laser, il est basé sur un amplificateur optique dans une cavité résonnante. Contrairement au laser, il s'appuie sur une amplification paramétrique au lieu de l’inversion de population. Ce projet vise à démontrer le premier OPO à pompage électrique. Un tel résultat constituera une percée scientifique majeure car, contrairement au laser, dont la version à diode hétérostructure a stimulé le champ de la photonique avec un fort impact économique et social, la recherche d'un OPO monolithique à injection électrique est encore ouverte un demi-siècle après la première démonstration de l'OPO.
Aujourd'hui les OPO, pompés par des lasers conventionnels, sont disponibles sous différents formats temporels, spectraux et de puissance. Une bonne partie de la technologie connexe est parvenue à maturité pour plusieurs applications industrielles, militaires, sanitaires et environnementales, et de nouveaux produits commerciaux sont lancés sur le marché à un rythme croissant. Toutefois, la plupart de ce marché est encore très liée à la recherche, principalement en raison de la portabilité limitée des OPO actuels. Cette limitation pourrait être surmontée par la source SPAIN qui fait l’objet de ce projet et qui émettra en régime continu dans l'infrarouge entre 1,5 et 2,5 µm. La source SPAIN que nous allons développer est un OPO intégré de façon monolithique à une diode laser à puits quantiques, les deux structures étant liées par un couplage verticale. Ce dessin découle des conclusions d’un projet ANR et une thèse co-financée par la DGA, qui visait le même objectif mais dans un seul guide d’ondes laser à boites quantiques. Or, la réalisation d’un dessin basé sur une cavité unique, à la fois laser et OPO, s’est heurtée à des tolérances de fabrication étroites et à l’insuffisance de dégrés de liberté pour l’obtention de l’accord de phase. Le nouveau dessin, basé sur deux cavités distictes et deux contrôles de température indépendants, permettra d’obtenir enfin le premier OPO injecté électriquement.
Dans le domaine technologique d’intérêt majeur de la photonique, la démonstration d'un tel OPO serait une percée majeure dans la fenêtre spectrale entre 2 et 3 µm, qui est largement utilisée pour des applications civiles telles que la détection de gaz, la sécurité et les applications médicales, ainsi que pour des applications militaires. La disponibilité de composants intégrés pour cette gamme spectrale reste extrêmement limitée, les appareils fonctionnant dans cette région étant limités aux sources autonomes et à bande étroite.
La disponibilité de la source SPAIN entraînerait une véritable révolution dans ce domaine, en raison de sa compacité, sa large accordabilité, son efficacité énergétique et son faible coût, avec un impact potentiel sur les capteurs pour la surveillance militaire, environnementale ou médicale. En ce qui concerne la propriété intellectuelle et le transfert technologique, les mêmes raisons qui expliquent les performances exceptionnelles de la diode laser (compactité, faible coût, haut rendement à la prise) propulseraient les perspectives industrielles de la première source SPAIN.
Les partenaires ont des compétences complémentaires mondialement reconnues en optique non linéaire et technologie des lasers semi-conducteurs. Enfin, la présence, à travers le III-V Lab, des partenaires industriels Thales et Nokia, avec leurs excellents résultats dans le développement et la mise sur le marché de nouveaux produits optoélectroniques de pointe, renforce considérablement les perspectives de valorisation du projet SPAIN.