Source: PhysicsWorld

Des physiciens américains ont élaboré le premier vrai guide d'ondes à trois dimensions à l'intérieur d'un cristal photonique, permettant à la lumière de circuler le long de trajectoires fortement courbées. Ces travaux représentent un pas en avant vers les circuits intégrés optiques et les lasers à seuils bas.

Un cristal photonique est constitué de différentes régions disposées régulièrement et dont les indices de réfraction sont alternativement bas et élevés. Cette structure, dite à "bande interdite" permet de stopper certaines fréquences de la lumière et d'en laisser passer certaines autres.

Une conséquence de cette propriété est que les cristaux photoniques peuvent confiner la lumière et l'obliger à se déplacer le long de trajectoires prédéterminées à l'intérieur de guides d'ondes. De tels guides d'ondes pourraient être utilisés pour traiter les signaux optiques dans les télécommunications, ou pour servir de petites cavités laser qui n'exigent que peu de puissance de déclenchement. Malheureusement, presque tous les guides d'ondes élaborés jusqu'à présent sont bidimensionnels, et personne n'a jamais proposé une méthode capable de produire des guides d'ondes 3D en n'importe quel endroit d'un cristal de sorte que ces dispositifs soient effectivement réalisables et utilisables.

Paull Braun et ses collègues de l'université Urbana Champaign dans l'Illinois ont découvert un procédé permettant de réaliser ce type de guide d'ondes en utilisant un laser focalisé.

Le processus débute par la cristallisation d'un colloïde de sphères de silice de 725 ou 925 nm de diamètre sur un substrat, afin de produire une structure similaire à celle d'une opale - cristal photonique naturel constitué de silicium d'indice de réfraction élevé entremêlé de poches d'air d'indices plus bas. A cette structure les chercheurs ajoutent ensuite une solution monomère, puis balayent le point focal du rayon laser sur la région désirée pour le guide d'ondes, provoquant la transformation des monomères en un polymère. Ne reste alors plus qu'à remplir le reste de la structure de silicium et à détruire les sphères initiales de silice avec de l'acide.
Le processus produit finalement un cristal photonique de type "opale inversé" contenant un guide d'ondes en polymère, transparent à la lumière dans le proche infrarouge, de moins de 100 nm de résolution.

Afin de contrôler leurs travaux, les scientifiques ont réalisé un guide d'ondes avec plusieurs coudes serrés et ont constaté que seule la lumière de longueur d'onde 1,48 micron (correspondant à la "bande interdite" du matériau) était transmise par le guide d'ondes. Ils affirment que leur méthode pourrait conduire à la réalisation des premiers dispositifs capables de manipuler des photons dans les trois dimensions.