Université de Franche-Comté

L’optique en cheville avec l’électronique

On entend parfois parler du « tout-optique », de l’optique comme futur substitut à l’électronique… À l’Institut FEMTO-ST, on entend aussi et surtout combiner les deux technologies, et faire profiter l’électronique des spécificités de l’optique pour améliorer ses performances en matière de télécommunications.

Discipline reine des télécommunications, l’électronique assure traitement et stockage de l’information à l’aide de décodeurs, modulateurs et autres processeurs. L’optique se charge, quant à elle, du transport de l’information sous forme de lumière grâce aux milliers de kilomètres de fibres optiques courant sur l’ensemble de la planète : aujourd’hui 95 % des télécommunications passent par fibre optique. L’électronique prend le relais en bout de fibre pour convertir l’énergie lumineuse en signaux électriques « compréhensibles » par un ordinateur ou un téléphone portable.

Le point fort de l’électronique, c’est le silicium, ses propriétés et son faible coût, à l’origine de la production de masse de composants miniaturisés. Mais l’électronique est énergivore. 2 à 3 % de l’électricité consommée dans le monde sont dédiés au fonctionnement des data centers, ces centres de données qui ont besoin de maintenir à bonne température les kyrielles d’ordinateurs nécessaires au traitement et au stockage du volume astronomique d’informations qu’ils gèrent. À noter que la production de chaleur augmente à mesure que la taille des composants électroniques diminue…

Pour pallier cet inconvénient, l’optique pourrait se substituer à l’électronique dans certaines de ses fonctionnalités. La limite de la lumière, c’est le stockage de l’information, qu’elle ne peut assurer. En revanche, elle pourrait s’imposer sur les puces électroniques avec des diodes laser ou encore des guides d’onde optiques, pour un traitement de l’information plus rapide et surtout moins calorifique.

Réinventer des systèmes optiques… mille fois plus petits

Guidage d'un faisceau laser - Institut FEMTO-ST

Guidage d’un faisceau laser dans un guide d’onde en niobate de lithuim

Photo T. Sylvestre, C. Guyot, N. Courjal – FEMTO-ST

Forte d’une longue tradition à la fois en électronique et en optique, hébergeant sur son sol la centrale de technologie MIMENTO, la Franche-Comté a tous les atouts en main pour promouvoir des recherches en ce sens. L’Institut FEMTO-ST fait ainsi partie des quelque dix laboratoires au monde à travailler sur le sujet. « L’un des principaux défis de l’optique, si elle veut cohabiter avec l’électronique, c’est la miniaturisation, confie Jean-Charles Beugnot, chercheur CNRS en optique à l’Institut. Cela signifie réduire nos systèmes d’un facteur 1 000 ! » Un objectif qu’atteignent déjà des composants en niobate de lithium, matériau dont le laboratoire se révèle expert et qui fonde sa spécificité. C’est le cas de guides de lumière dont la surface n’excède pas quelques mm², mais qu’on ne peut cependant assimiler à des modèles réduits, tant les propriétés des matériaux changent en fonction de leur dimension. Malgré cet écueil… de taille, les systèmes optiques sur puces commencent à être très performants depuis cinq ou six ans en laboratoire. Certains sont même déjà exploités commercialement, dans des applications cependant très pointues et inédites, pour les domaines militaire et spatial.

À côté de ces développements mixtes qui forcent l’intérêt des entreprises, les chercheurs creusent également la piste du « tout-optique » à partir de matériaux comme le chalcogénure, le tellure ou le zblan. L’exploration de leurs propriétés promet des perspectives intéressantes, notamment dans le domaine médical. « Ces verres pourront donner naissance à de nouvelles générations de lasers couplés à des longueurs d’ondes pour l’instant inaccessibles, celles du moyen infrarouge, où tout reste à explorer. »

Contact : Jean-Charles Beugnot 

Département d’optiqueInstitut FEMTO-ST
Université de Franche-Comté / ENSMM / UTBM / CNRS 

Tél. +33 (0)3 81 66 66 46

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