Modulateurs et composants photoniques intégrés dans le niobate de lithium - Principes et technologie

L’utilisation de sources laser, avec leurs propriétés de cohérence spatiale et temporelle et leurs densités de puissance, a réellement ouvert le champ d’application du domaine de la photonique dans les télécommunications optiques à partir des années 1980. Cette démarche allait nécessiter la mise au point de nombreuses fonctions optiques et photoniques destinées au contrôle actif de la lumière. Parmi celles-ci, la fonction de modulation optique a fait l’objet d’une attention particulière. Avant cela, la modulation optique  a joué très tôt un rôle dans le fonctionnement des premières générations de lasers impulsionnels. Elle est alors mise en œuvre au sein des lasers déclenchés, tels que les lasers Q-Switch, ou dans les lasers à modes bloqués.

Les modulateurs électro-optiques, en particulier dans la version intégrée dans le niobate de lithium qui fait l’objet de cet article, sont fondés sur l’effet Pockels et font appel à des cristaux optiques non linéaires. Parmi ces cristaux, le niobate de lithium, ou ${\mathit{LiNbO}}_3$ , est particulièrement remarquable du fait de ses propriétés électro-optiques qui lui confèrent une très grande efficacité comparée à celle d’autres matériaux  . Les premiers modulateurs électro-optiques massifs pour lasers fonctionnent en espace libre et nécessitent, de ce fait, des tensions de commande de plusieurs centaines de volts pour leur fonctionnement. Cela est dû au fait que l’espace inter-électrodes est déterminé par l’épaisseur du cristal. On parle de modulateurs massifs.

Les changements majeurs vont être apportés par le recours à des guides d’ondes optiques  afin de confiner la lumière sous la surface du cristal. Cette technologie, couplée...