Une première mondiale : Kyocera et l'université de Tohoku développent une technologie visant à intégrer des isolateurs optiques directement sur des puces photoniques en silicium

Un isolateur optique est un composant qui assure la stabilité des communications optiques en autorisant la transmission des signaux optiques dans un seul sens, réduisant ainsi la réflexion des signaux.

Une publication résumant ces résultats a été publiée le 2 septembre 2026 dans « IEEE Access », une revue scientifique éditée par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE, Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens).

Contexte de développement

À mesure que l’IA générative et les technologies associées imposent une charge sans précédent aux réseaux mondiaux de données, la photonique sur silicium^*2 offre une solution pour des centres de données plus rapides et plus économes en énergie. L’essor de la photonique sur silicium stimule la demande en technologies permettant la réalisation de circuits optiques co-emballés (CPO), qui intègrent des circuits optiques et électroniques au sein d’un même boîtier semi-conducteur afin de minimiser les trajets de signal, les pertes de signal et la consommation d’énergie.

Dans les circuits optiques, la lumière réfléchie vers la source laser nuit aux performances. Les isolateurs optiques, qui suppriment la lumière réfléchie, permettent de surmonter ce problème. La prochaine génération de circuits optiques compacts et intégrés, intégrant la technologie CPO, nécessitera des isolateurs optiques pouvant être fabriqués directement sur des puces photoniques en silicium.

Les isolateurs optiques utilisent généralement un matériau cristallin appelé « grenat magnéto-optique ». Afin de fonctionner comme isolateur optique, ce matériau nécessite un traitement thermique à environ 600 °C ou plus. Cependant, le fait de chauffer l’ensemble de la puce photonique en silicium à cette température peut endommager les électrodes, le câblage et d’autres éléments présents sur la puce. Trouver un moyen de traiter thermiquement de manière sélective uniquement le grenat magnéto-optique sans surchauffer les autres zones de la puce est resté un véritable défi.

Afin de répondre à ce défi, Kyocera et l’université de Tohoku ont mis au point une technologie d’intégration monolithique^*3 qui permet de fabriquer directement des isolateurs optiques sur des puces photoniques en silicium grâce à un procédé de « recuit au laser », dans lequel un faisceau laser est appliqué localement sur les zones de la puce nécessitant un traitement thermique. Kyocera et l’université de Tohoku ont démontré le fonctionnement de ce dispositif.

Caractéristiques

1. Le chauffage localisé au laser permet de traiter thermiquement le grenat magnéto-optique sans endommager la puce photonique en silicium
Un faisceau laser dans le proche infrarouge est dirigé uniquement vers une zone du circuit isolateur optique mesurant environ 700 × 700 microns (μm), où un film de grenat magnéto-optique a été déposé. Cela provoque sa cristallisation et lui confère les propriétés nécessaires pour supprimer la lumière réfléchie. Contrairement aux méthodes classiques qui consistent à chauffer l'ensemble de la puce dans un four, cette approche élimine pratiquement tout impact thermique sur les circuits optiques et les électrodes environnants.

2. Test d’un isolateur optique sur une puce photonique en silicium
Grâce à cette technologie, l’équipe de recherche a mis au point un dispositif dont la structure exploite l’interférence lumineuse et a démontré expérimentalement son fonctionnement en tant qu’isolateur optique. Au cours de l’expérience, l’équipe a comparé le flux optique correspondant à la lumière du signal (propagation vers l’avant) à celui correspondant à la lumière réfléchie vers l’arrière (propagation vers l’arrière). Les résultats ont confirmé un rapport d’isolation de 13,6 dB dans la gamme de longueurs d’onde des communications optiques, réduisant la lumière réfléchie vers l’arrière d’environ 95 %. La microscopie électronique a également confirmé que le grenat magnéto-optique situé dans la zone irradiée par le laser s’était bien cristallisé sur le guide d’onde en silicium.

Développements futurs

Kyocera et l’université de Tohoku ont déjà collaboré au développement de technologies d’isolateurs optiques pouvant être intégrées à des circuits optiques^*4. Afin de commercialiser ces technologies, les deux organisations visent à réduire encore davantage les pertes, à améliorer le rendement et à optimiser la productivité en vue d’une production en série. Elles poursuivront leur collaboration et contribueront ainsi au développement d’une société de l’information efficace et durable.

Informations sur la publication

*1 Concernant la technologie permettant d'intégrer un isolateur optique dans un circuit photonique en silicium à l'aide d'une méthode de recuit au laser ; selon les recherches de Kyocera, juillet 2026.
*2 Photonique à base de silicium : une technologie qui consiste à former des circuits optiques sur du silicium, un matériau semi-conducteur, et qui utilise des signaux optiques plutôt qu'électriques pour transmettre et traiter l'information.
*3 Technologie d’intégration monolithique : une technologie permettant de former de manière intégrée plusieurs éléments fonctionnels sur un même substrat.
*4 Résultats d’une précédente recherche conjointe (T. Sugita et al., « Nanocomposite Garnet-Enabled Monolithically Integrated Magneto-Optical Isolator Using an Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer », ACS Appl. Opt. Mater., vol. 4, n° 6, pp. 1813–1820, juin 2026, doi : 10.1021/acsaom.6c00176).
*5 IEEE est une marque déposée de l'Institute of Electrical and Electronics Engineers, Incorporated.