Métasurface non-linéaire sur photodiode silicium pour la détection infrarouge – NO-RESTRAIN

Au cours des dernières années, les métasurfaces ont révolutionné le domaine de l'optique en promettant de remplacer des systèmes optiques encombrants et de fournir des nouvelles fonctionnalités, grâce à des couches minces nanostructurées. La « flat optics » a également montré son potentiel dans le régime non linéaire, surtout dans des semi-conducteurs III-V. Dans le cadre du projet NOMOS, MPQ et PHELIQS ont récemment obtenu de la génération de second harmonique avec contrôle du front de phase dans une métasurface non linéaire (MSNL). Aujourd'hui, le projet NO-RESTRAIN vise à exploiter tout le potentiel des MSNL en s'attaquant à un vieux problème de l'optique non linéaire : la conversion ascendante du rayonnement infrarouge dans la bande d'absorption du silicium via la génération de la fréquence somme (SFG). Grâce à l'intégration hétérogène d'une MSNL à haut rendement, d'une méta-lentille linéaire et d'une photodiode à avalanche à photon unique (SPAD) en silicium, nous obtiendrons un dispositif miniature permettant la détection ultrarapide de signaux infrarouges d'une longueur d'onde supérieure à la limite de détection rapide des APD InGaAs. À cette fin, nous relèverons un triple défi en matière de conception, de nanofabrication de pointe, et de caractérisation ultrarapide. En s'appuyant sur les compétences complémentaires des partenaires INRIA, MPQ et PHELIQS en matière de conception, de nanofabrication et de mesures nanophotoniques, nous ferons avancer la recherche fondamentale et dépasserons l'intérêt purement académique. Le dispositif NO-RESTRAIN permettra de réaliser une percée dans la détection ultrarapide du rayonnement infrarouge à 300K, stimulant ainsi la transition du jeune domaine de recherche sur les MSNL d'une recherche fondamentale vers un ensemble de technologies appliquées à fort impact.