Peignes de fréquence hybride sur puce combinant laser à verouillage de modes à base de batonnets quantiques et microrésonateurs Si3N4 à fort facteur de qualité – HybridCombs

Les générateurs de peignes de fréquences optiques à l'échelle de la puce peuvent révolutionner de nombreuses applications scientifiques et industrielles. On peut citer en particulier les communications optiques à très haut débit utilisant le multiplexage en longueur d’onde (WDM) massivement parallèle, la télémétrie optique ultra-rapide et le LiDAR, ainsi que le traitement des signaux photoniques-électroniques à très large bande. Toutefois, si les expériences en laboratoire ont montré l'extraordinaire potentiel de ces systèmes, leur viabilité pratique dans des applications réelles reste limitée en raison d’inconvénients majeurs des sources de peignes de fréquences actuellement disponibles. Plus précisément, il n'existe actuellement aucun générateur de peignes capable de fournir des spectres à large bande avec une largeur de raie optique et un bruit de phase faibles, tout en offrant un fonctionnement simple et un rendement énergétique relativement élevé dans un module à l'échelle de la puce.
Le projet HybridCombs vise à surmonter ce manque en explorant, concevant, mettant en œuvre et démontrant expérimentalement une nouvelle classe de sources de peignes de fréquences à l'échelle de la puce, qui associe les avantages distincts des peignes de Kerr à solitons avec ceux des lasers à verrouillage de mode à base de composés III-V de faible dimension. Sur le plan technologique, notre approche s'appuie sur des modules hybrides multi-puces qui combinent des diodes laser à verrouillage de modes à bâtonnets quantiques (QD-MLLD) ou des amplificateurs optiques à semi-conducteurs réflectifs à base de QD (QD-RSOA) avec des circuits photoniques linéaires et non linéaires spécifiquement co-conçus à base de Si3N4, tirant ainsi avantage des atouts complémentaires des deux plateformes d'intégration. Nous établirons un cadre théorique détaillé qui décrit quantitativement le verrouillage par injection multi-tons de QD-MLLD ou de QD-RSOA sur des circuits de rétroaction optique Si3N4 linéaires et non linéaires. Nous concevrons et réaliserons les dispositifs III-V et Si3N4 sous-jacents, et les combinerons au moyen d'éléments de couplage optique avancés imprimés en 3D. Sur la base de ces principes, nous réaliserons des sources hybrides de peignes de fréquences à l'échelle de la puce avec des performances sans précédent en termes de largeur de raie et de consommation énergétique. De même nous démontrerons expérimentalement leur viabilité pratique dans des applications sélectionnées telles que les communications optiques à bande ultra-large, la télémétrie optique ou le traitement du signal photonique-électronique.
Le consortium du projet est composé d'équipes françaises et allemandes de premier plan au niveau international, qui sont dans une position idéale pour aborder la recherche proposée, à la pointe de la science internationale. Nous sommes convaincus que la démonstration réussie de ces sources de peignes de fréquences aura un impact profond sur une série d'applications industrielles et scientifiques qui pourront être efficacement traitées par les partenaires du consortium.