Le traitement de plaques de silicium au laboratoire des technologies de pointe du plasma du Centre de recherches sur les communications (CRC).

Les systèmes de communication par fibre optique abondent dans notre société « à la demande ». On y trouve notamment des liaisons transatlantiques par fibre optique qui soutiennent le service téléphonique ainsi que des systèmes qui distribuent du contenu télévisuel et des services informatiques à la maison, mettent en réseau des ordinateurs au bureau et autorisent les gens et les entreprises à accéder à des réseaux de communication locaux ou métropolitains. Dans un avenir prochain, la technologie optique remplacera les fils électriques qui relient les puces et les cartes de circuit imprimé et qui freinent actuellement les communications, ce qui favorisera l'émergence d'une nouvelle génération de superordinateurs et de réseaux à haut débit. La technologie optique facilitera également le développement d'applications qui protégeront l'échange de données confidentielles et qui comporteront des avantages considérables pour bien des secteurs, comme ceux du commerce électronique, de la sécurité nationale et des banques.

De telles applications ne cessent jamais de se complexifier et elles exigent, entre autres, des liaisons par fibre optique et des appareils pour acheminer, commuter, filtrer, atténuer, amplifier et contrôler autrement les signaux optiques transportant de précieux renseignements. Comme la plupart des choses dans un milieu des affaires compétitif, ces appareils doivent s'adapter constamment aux consommateurs qui réclament petitesse, économie, efficacité et rapidité, c'est-à-dire à la recherche d'un petit appareil économique offrant de nombreuses fonctions et une vaste bande passante.

Pour satisfaire aux exigences de ces applications, le Groupe des technologies des composants photoniques du CRC met actuellement au point une série d'appareils photoniques fondés sur la technologie des circuits optiques planaires de silice sur silicium. Des couches planes de silice, matériau utilisé dans la fabrication de fibres optiques, sont déposées à partir d'un plasma à vide élevé, chauffées à de très hautes températures, puis modelées selon les structures des appareils. Les dimensions et les caractéristiques matérielles des appareils fabriqués ressemblent à celles des fibres optiques, ce qui rend les appareils compatibles avec l'infrastructure de fibres optiques.

Les chercheurs du Groupe ont accès à des installations de pointe pour fabriquer des circuits optiques planaires en interne et à de vastes connaissances sur la conception, le développement et la caractérisation des appareils que leurs recherches détaillées sur les matériaux et les processus de fabrication de circuits optiques planaires ont étoffées au cours des dernières années. Les chercheurs appliquent actuellement ces connaissances à plusieurs applications différentes. Le Groupe fabrique aussi des appareils personnalisés pour des partenaires du secteur privé et du milieu universitaire.

 

L'élimination de l'écart entre les signaux optiques et électriques

Le Groupe a développé des circuits optiques planaires de silice pour des objets allant de simples dispositifs servant à guider la lumière à des appareils plus complexes conçus pour modifier la longueur d'onde, la phase et la puissance optique de réseaux utilisant des canaux à longueur d'onde distincts dans une seule fibre optique (multiplexage par répartition en longueur d'onde). Les recherches en cours portent sur le développement des circuits optiques planaires de la prochaine génération qui peuvent non seulement transmettre de la lumière, mais aussi manipuler les bits et les paquets d'information transmis par le faisceau lumineux. Ce type de traitement tout optique constitue un progrès important pour la technologie des réseaux optiques parce qu'il pourrait mener à l'élimination de la conversion nécessaire des signaux optiques sous forme électrique pour effectuer le traitement des signaux.

Dernièrement, une collaboration avec des chercheurs de l'Université McGill a permis de faire la démonstration d'appareils interférométriques pouvant accroître le taux de répétition des impulsions de 10 GHz à 40 GHz. L'application de courants électriques à certaines parties d'un tel appareil permet de régler la phase de la lumière de propagation et de générer des codes de sortie binaires précis. Les chercheurs de l'Université McGill et du CRC approfondissent actuellement cette technologie tout en songeant aux extraordinaires applications d'un véritable traitement tout optique des signaux.

L'effort d'intégration étroite des signaux optiques et électriques fait avancer un autre projet de recherche et développement du Groupe. Pour exploiter au maximum le débit et la capacité de transmission des données des interconnexions optiques, il faut mettre au point une technologie d'interaction des signaux optiques et électriques sur une seule puce. Il existe toutefois une énorme différence entre la taille des composants photoniques (micromètres) et celle des composants électroniques de silicium (« technologie des puces d'ordinateur ») (nanomètres). Le Groupe développe donc actuellement des composants photoniques ayant des structures à couches multiples dans lesquelles les minces rubans métalliques sont intégrés dans le verre ou des matériaux de polymère. Ces « structures plasmoniques » dirigent la lumière de manière particulières, réduisent la taille des composants de guidage de la lumière et permettent la connexion de composants électriques.

Les modèles métalliques dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde de la lumière offrent encore plus de possibilités. Le Groupe a élaboré des techniques de modelage à faible coût qui permettent la fabrication d'appareils nanométriques en interne. Des collaborateurs de la Clemson University de la Caroline du Sud participent activement à l'approvisionnement en matériaux pour le projet. Les travaux sont embryonnaires, mais le sujet de recherche a suscité un intérêt considérable dans le domaine de la photonique. Les chercheurs du CRC espèrent donc que ce projet leur permettra de s'approcher d'une solution d'interconnexion intégrée photonique-électrique.

Une puce à microcanaux de silice offre de nouvelles possibilités Une inspiration survenue soudainement durant le développement des matériaux d'une recherche du Groupe a poussé des chercheurs à fabriquer une nouvelle série d'appareils de silice à microcanaux intégrés dans leurs couches. Lors de l'examen au microscope électronique à balayage d'une couche de silice sur laquelle étaient gravées des guides d'ondes optiques standard, des chercheurs ont observé un ensemble de vides peu espacés et très uniformes produits lors d'un traitement à température élevée. L'équipe a ensuite élaboré des procédures pour former de façon répétitive les microcanaux en fonction de tolérances très précises. Ces microstructures, que l'on peut intégrer directement dans des circuits optiques, permettent d'exploiter efficacement les propriétés optiques des liquides présents dans les appareils optiques. On a récemment éprouvé des capteurs intégrés pouvant détecter de minuscules variations des propriétés optiques d'une quantité de liquide inférieure à un milliardième de litre. L'incorporation de particules nanométriques, nouveaux matériaux optiques intéressants et uniques, dans les liquides des microcanaux propose une nouvelle voie de recherche excitante. Un brevet américain sera bientôt émis pour cette procédure. Le Groupe cherche activement des partenaires qui souhaitent appliquer cette technologie aux communications ou à d'autres débouchés. Une puce à microcanaux de silice observée au microscope optique

Pour de plus amples renseignements à propos des recherches du CRC sur la technologie des circuits optiques planaires, veuillez communiquer avec Claire Callender, chef de projet, Technologies des composants photoniques (tél. : 613-998-2726, courriel : claire.callender@crc.ca).