Projet ANR-14-CE26-0006 – TENOR : Composants Nonréciproques compétitifs pour les fréquences Terahertz et moyen Infrarouge
Programme : Sciences et technologies des composants nanoélectroniques et nanophotoniques (DS0710) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Mathias Vanwolleghem (Institut d'Electronique, de Microelectronique et de Nanotechnologie)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 321819.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : TENOR vise à combler le manque actuel de recherche sur les phénomènes non-réciproques aux fréquences moyen infrarouge (MIR) et Térahertz (THz). Pour cela, il propose de prouver la possibilité de transposer vers cette gamme spectrale une approche disruptive récemment démontrée dans le proche IR d'une fonction non-réciproque très compacte: à savoir un miroir magnétoplasmonique unidirectionelle.
L'objectif clé de TENOR est de réaliser d'ici la fin du projet, un isolateur à la fois aux fréquences MIR et THz qui délivre au moins 20dB isolation suffisamment large bande (f >0.01-0.1f0), tout en gardant de faible pertes de transmission (<1-2dB) . TENOR vise à démontrer des dispositifs aussi compacts que possibles, éventuellement en version intégrée. Cela impose des designs nécessitant un champ magnétique externe minimum (B=0,1T).
Dans la recherche photonique on constate actuellement une tendance vers l'exploitation des  longueurs d'onde plus grandes. Les gammes MIR et IR lointain (10–150THz) et THz (0,3-10THz) contiennent les raies d'absorption de maintes espèces chimiques et moléculaires . En plus, plusieurs fenêtres de faible absorption atmosphérique s'ouvrent ici. On peut donc envisager une multitude d'applications importantes qui sont inaccessibles aux fréquences traditionnelles des TIC et télécom optique. Spectroscopie chimique, imagerie médicale non-ionisante, surveillance environnementale par LIDAR de substances dangereuses, et les télécommunications THz sans fil et ultra haut débit ne sont que quelques-unes des diverses thématiques qui ont émergé. Un élément clé est l'énorme progrès accompli dans la performance des lasers à cascade quantique (QCL). Les QCL ont révolutionné la recherche THz et MIR avec maintenant une disponibilité de sources cohérentes fiables et puissantes à n'importe quelle fréquence entre 1–100THz. En dépit de tout ceci, il n'existe actuellement pas de solution viable pour un isolateur à deux ports ou un circulateur à trois ports. La complexité croissante des applications signalées rend néanmoins leur disponibilité urgente. Par exemple, une spectroscopie précise en utilisant un QCL accordable devient impossible sous le moindre retour involontaire dans la source. Actuellement le seul moyen de protéger un QCL contre des retours déstabilisants est de placer un absorbeur à sa sortie et ainsi de pénaliser simultanément sa puissance de sortie.
TENOR vise à développer un dispositif avec une fonctionnalité actuellement indisponible, mais essentielle pour les applications MIR et THz, se situant dans tous les domaines de la société. La technologie développée aidera à rendre celles-ci plus fiables et affordables et aura donc un grand impact sociétal. Pour atteindre ceci, on suivra une méthodologie claire car reposant sur un concept démontré et proposant deux stratégies réalistes afin de transposer le miroir unidirectionnel MO plasmonique démontré vers les MIR et THz.
1. des semi-conducteurs aimantés à petit gap et à haute mobilité possèdent simultanément une fréquence plasma et des résonances nonréciproques de cyclotron dans le MIR.
2. les hexaferrites ont des résonances ferromagnétiques dans le millimétrique, et donc de fortes propriétés gyromagnétiques qui s'étendent loin dans le THz. En plus une structuration astucieuse d'un métal noble permet d'émuler artificiellement des effets plasmoniques dans la gamme THz.
En parallel, TENOR propose également une approche pour générer de l'isolation sans la nécessité d'un champ magnétique.
TENOR s'appuie sur l'expertise de son coordinateur, qui s'est spécialisé dans la conception, la modélisation et la démonstration de dispositifs non-réciproques optiques. Son labo actuel héberge des groupes de recherche qui ont établi une expertise de pointe dans la technologie THz et MIR et l'épitaxie de semiconducteurs de haute mobilité. Il s'appuiera aussi sur sa collaboration de longue date avec le groupe de physique à l'Université d'Ostrava (République Tchèque), expert de la caractérisation MO.