Histoires de réussite

Les innovations en photonique réalisées au Canada sont reconnues dans le cadre d’une conférence mondiale

Joyce Poon, Sorin Voinigescu et leurs équipes ont résolu un problème important en matière de communications optiques courte distance, avec leur mise au point d’un émetteur 3D intégré utilisant un pilote CMOS. Leur solution novatrice combine les avantages d’un rendement élevé et d’une faible consommation d’énergie avec des processus de fabrication établis à faible coût.

L’excellence du Canada en matière de recherche en photonique sur silicium a été reconnue mondialement cette année lorsque trois chercheurs du Réseau national de conception du CanadaMD (RNCC) ont reçu des distinctions à la conférence OFC de 2017, soit l’une des plus importantes conférences internationales sur les communications optiques, pour les notes supérieures de leurs documents de recherche.

Les professeurs Joyce Poon et Sorin Voinigescu (Université de Toronto) et leurs équipes, en collaboration avec Robert Mallard, PhD, de CMC Microsystèmes, ont été reconnus dans la catégorie des équipements actifs pour le développement d’un émetteur 3D intégré électro-optique de photonique sur silicium. Le professeur David Plant (Université McGill) a également été reconnu dans cette catégorie pour des modulateurs d’intensité de photonique sur silicium affichant des vitesses de modulation record. Le professeur Lukas Chrostowski (Université de la Colombie-Britannique) a été reconnu dans la catégorie des équipements passifs pour une nouvelle méthode de réglage et de stabilisation automatique de filtres optiques d’ordre élevé en photonique sur silicium.

Parfois surnommées « les voies d’accès vers l’avenir », les innovations en photonique utilisent la lumière pour permettre des progrès en matière de puissance, de vitesse et de performance qui vont bien au-delà de ce qui aurait été possible avec l’électronique.

Les fibres optiques, qui représentent l’épine dorsale des communications de données à l’échelle mondiale, ont résolu les problèmes de communication longue distance, grâce à la conversion de signaux électriques en signaux optiques. Actuellement, le groupe de Mme Poon a trouvé un moyen d’adapter cette capacité aux exigences incroyablement plus élevées des communications courte distance, telles que dans les centres de données et les calculs à haut rendement, où la transmission de vastes volumes de données exige une puissance toujours plus importante.

La technologie démontrée dans le cadre de la collaboration entre l’Université de Toronto et CMC résout d’importants défis en matière de communications optiques courte distance, en offrant un rendement élevé à faible consommation d’énergie ayant un potentiel de fabricabilité rentable à grand volume.

« De nos jours, tous ces liens courts, que ce soit de votre ordinateur à une prise murale ou à l’intérieur d’un centre de données, sont établis à l’aide de câbles électriques. À mesure que les débits de données augmentent, les coûts d’énergie nécessaires à la transmission des renseignements augmentent également », a affirmé Mme Poon, professeure en génie électrique et en génie informatique et également titulaire de la Chaire de recherche du Canada en appareils photoniques intégrés.

Le défi était de fabriquer des circuits intégrés photoniques et des microsystèmes pour transmettre beaucoup de données avec efficacité en utilisant la lumière plutôt que l’électricité sur de courtes distances.

« La demande en ce qui concerne l’utilisation du rendement incroyablement élevé des fibres optiques sur de courtes distances ne cesse de grimper », a-t-elle affirmé. « C’est là où la photonique sur silicium entre en jeu. Il est possible qu’en utilisant l’infrastructure de fabrication que l’industrie électronique utilise depuis des décennies, nous puissions produire en masse les composantes photoniques à faible coût. »

Leur solution comprenait un circuit électronique à rendement intégré avec une technologie de semiconducteurs de photonique sur silicium haut de gamme utilisant un pilote CMOS. Le CMOS, qui est l’outil à toute épreuve de l’industrie microélectronique, offre les avantages d’un faible coût et de processus de fabrication établis.

L’équipe de l’Université de Toronto a collaboré avec CMC Microsystèmes tout au long du processus de développement. En plus de fournir des outils de conception de logiciels comme Cadence, COMSOL et ANSYS, CMC les a aidés à fabriquer et intégrer leurs puces microélectroniques et photoniques sur silicium. Cette collaboration réalisée dans le cadre du programme Solutions CMC et a représenté une expérience d’apprentissage fructueuse pour les étudiants de cycle supérieur qui y ont participé. En effet, les autres coauteurs du document de recherche destiné à l’OFC, Zheng Yong, Stefan Shopov, Jared Mikkelsen et Jason Mak, étaient tous des étudiants au doctorat à l’Université de Toronto.

« La démonstration de la puce était intéressante, puisque nous avons pris une puce CMOS haut de gamme et nous l’avons placée au-dessus d’une technologie de photonique sur silicium pour obtenir un excellent rendement. Nous étions agréablement surpris de constater que la technologie CMOS affichait un meilleur rendement qu’une technologie autre que CMOS plus complexe et plus coûteuse », affirme Poon.

Le rendement de leur microsystème était exceptionnel et affichait le rapport d’extinction dynamique le plus élevé pour ce type d’émetteurs, soit plus de 40 gigabits par seconde. Il s’agissait également du premier émetteur électro-optique de photonique sur silicium à utiliser un circuit CMOS pour fonctionner au-delà de 32 gigabits par seconde.

À l’avenir, l’équipe de l’Université de Toronto vise à explorer des formats de modulation plus avancés qui permettraient de transmettre davantage de renseignements sur la même bande passante, ce qui augmenterait la capacité de transmission d’informations. Le groupe de la professeure Poon développe également des modulateurs plus efficaces et à faible consommation d’énergie.

Selon Mme Poon, même si les reconnaissances de l’OFC de cette année sont elles-mêmes importantes, celles-ci racontent également l’histoire des chercheurs du RNCC et des ressources qui sont mises à leur disposition.

« Tout notre travail est lié, et cela brosse un tableau extraordinairement puissant de la façon dont l’investissement de CMC dans la photonique sur silicium au cours des dernières années, de la formation aux technologies, a une grande incidence aujourd’hui », a-t-elle affirmé. « En outre, cette incidence est le résultat direct du fait d’avoir l’accès à ces technologies et à l’expertise à un coût raisonnable. Par conséquent, nous pouvons prendre des risques et mettre à l’essai de nouvelles idées », a-t-elle déclaré.

« Ces reconnaissances reflètent le travail exceptionnel effectué par le Réseau national de conception du Canada pour mettre la lumière au travail », a affirmé Dan Gale, vice-président et chef de la technologie de l’entreprise de CMC Microsystèmes. « Personne d’autre dans le monde ne possède d’expérience de réussite dans le prototypage d’innovations en photonique, en particulier la photonique sur silicium. Il s’agit de la technologie de l’avenir, et ces prix montrent que les innovateurs en photonique du Canada continuent de montrer la voie à suivre. »

Décembre 2017

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