Autoécriture de lien optique flexible entre une source VCSEL NIR et une fibre monomode pour l'intégration photonique 3D – 3D-BEAM-FLEX

Le projet 3D-BEAM-FLEX vise à démontrer l’auto-écriture de guides d’onde monomodes continus et flexibles entre des matrices de VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) et des fibres optiques monomodes afin d’améliorer l’intégration photonique de ces sources laser dans les systèmes d’interconnexions à haut débit à 850nm (datacom) ainsi qu’à 1.31 et 1.55µm (telecom, WDM). Les tolérances sur le couplage VCSEL-fibre sont en effet très strictes en configuration monomode, ce qui impose actuellement le recours à des étapes de pré-alignement longues et couteuses. En outre, la réalisation de liens optiques efficaces et réellement compacts nécessite la redirection du faisceau émis par les VCSELs dans le plan horizontal des fibres et l’hybridation d’éléments micro-optiques 3D par des méthodes d’assemblage ou de fabrication in situ, complexes et non collectives.
Pour lever l’ensemble de ces verrous, le projet 3D-BEAM-FLEX propose d’explorer les mécanismes d’auto-écriture dans les photopolymères et de les exploiter pour mettre au point un procédé innovant de photo-fabrication en deux étapes, dans le NIR et dans l’UV. Grâce à des travaux à la fois fondamentaux (compréhension des mécanismes photochimiques, mise au point de formulations à 0.85, 1.31 et 1.55µm, analyse du gradient d'indice créé, conception opto-mécanique du guide) et appliqués (démonstration d’une liaison monomode flexible efficace, analyse de l’auto-compensation des désalignements initiaux, évaluation d'une redirection à 90° du faisceau et d’une réalisation matricielle, étude de la tenue au flux optique) et à l’association à des techniques novatrices de fabrication additive 3D pour l’intégration du lien ainsi réalisé dans un module optique compact, nous démontrerons que cette approche simple, générique et applicable en post-processing, conduit à un couplage optimal tout en relâchant les tolérances jusqu'ici très strictes sur le pré-alignement des composants.
Pour mener à bien ce projet, 3D-BEAM FLEX réunit un consortium complémentaire composé de deux instituts de recherche, le LAAS-CNRS à Toulouse et l’IS2M-CNRS à Mulhouse, couvrant les domaines des sources VCSELs et de leur intégration photonique, de la photochimie et de la microfabrication, ainsi que de la fabrication additive par impression 3D. Cette expertise transversale permettra de démontrer le concept proposé avec des retombées à la fois sur le plan scientifique : mise au point de nouveaux matériaux et de nouveaux procédés de microfabrication, et applicatif : réalisation de liens optiques compacts à plusieurs longueurs d’onde pour les communications de données, et plus largement pour les capteurs optiques miniaturisés.