Circuits intégrés photoniques utilisant la plasmonique

L’utilisation de signaux optiques pour réaliser des systèmes complexes de calcul, de traitement de l’information ou de réseaux de communication s’avère aujourd’hui incontournable pour répondre au nombre croissant de données échangées. La possibilité de paralléliser les porteuses optiques grâce au multiplexage spectral ou la diversité des solutions d’encodage de l’information font partie des points forts de la solution tout-optique. Les circuits photoniques intégrés (PIC) ont été développés afin de générer des systèmes optiques complets et de simplifier l’utilisation de différentes fonctions optiques allant de la source à la modulation jusqu’à la détection des signaux. En utilisant les techniques de fabrication inspirées de la microélectronique, des circuits à base de guides d’onde planaires ont permis d’atteindre deux objectifs complémentaires : maîtriser la propagation du signal optique dans un système 2D avec des pertes très réduites et faciliter l’association en série ou en parallèle de plusieurs fonctions sans utilisation d’éléments optiques spatiaux. L’optique planaire guidée permet ainsi d’intégrer de manière très compacte des éléments d’optique dont la dimension latérale est de l’ordre de la longueur d’onde dans le matériau.

Les structures plasmoniques peuvent également apporter des fonctions nouvelles dans les circuits photoniques. En concentrant la lumière sur des dimensions sub-longueur d’onde, elles offrent la possibilité d’interactions lumière-matière exaltées. Néanmoins, leur intégration dans les PICs n’est pas immédiate du fait de la différence de caractéristiques des modes guidés et des pertes optiques qu’elles induisent.

L’objet de cet article est, d’une part de faire le point sur les stratégies d’intégration des structures plasmoniques sur des guides d’onde diélectriques, d’autre part de présenter par quelques exemples la diversité et le potentiel applicatif des fonctions plasmoniques intégrées. La première partie rappelle les lois générales régissant l’interaction entre une onde électromagnétique et un métal, puis décrit les principales propriétés des plasmons en optique guidée. La seconde partie est dédiée à plusieurs exemples d’applications et aux ordres de grandeur associés.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles et des symboles utilisés.