Voix-off : 0 :14 – 1 :42 min.

Avec le développement de l'Internet mobile et du cloud, la quantité de données numériques connaît une croissance effrénée.
Aujourd'hui, ces données sont traitées, transmises et stockées dans de gigantesques installations appelées data centers : les plus grands ont la taille de 8 terrains de foot et leur consommation est équivalente à celle de quelques centaines de milliers d’habitants.

80% du trafic des données se fait à l’intérieur des data centers. La transmission de ces données est faite en électrique sur les très courtes distances. Sur les distances supérieures à ~10 mètres, elle se fait en optique : c’est-à-dire que les données sont portées par des ondes lumineuses dans des fibres optiques. 

Mais, dans les 10 ans qui viennent, la consommation d'énergie et le coût de gestion des infrastructures de transmission seront multipliés par 10.

Pour réduire ces coûts et consommations, les chercheurs développent une technologie dite « photonique intégrée sur silicium ». 

L’idée est de miniaturiser, fabriquer et d'intégrer les composants optiques sur des puces en silicium. Cela permet de réduire les consommations d’énergie et de produire ces puces en grand volume, donc à des coûts très bas. 

Cet enjeu scientifique et technique est au cœur des activités du CEA-Leti à Grenoble qui développe ces solutions pour des industriels français et internationaux, leaders mondiaux des communications optiques.





1ère intervention de Sylvie Menezo – Directrice des programmes Photonique Silicium au CEA-Leti.
1 :43 – 2 :32


Nous sommes au CEA Leti où nous développons la technologie photonique intégrée sur silicium. Pour atteindre des débits de transmission de données très élevés, nous utilisons la technique de multiplexage en longueur d'onde. Il s'agit de générer plusieurs ondes lumineuses de longueurs d’onde différentes, c'est-à-dire de couleurs différentes, chacune portant indépendamment son flux de données. Tous ces flux sont transmis en même temps dans une même fibre optique, c’est-à-dire qu’ils sont multiplexés. 

Le multiplexage en longueur d’onde est utilisé pour des télécoms optiques mais avec des composants très coûteux et très encombrants. Notre objectif est donc de miniaturiser les composants nécessaires à une transmission optique et de les fabriquer collectivement sur un substrat de silicium. L’intérêt est de bénéficier des technologies de fabrication à très gros volume et à très bas coût de la microélectronique CMOS.  Au final, nous divisons par exemple par 100 à 10 000 la taille d’un multiplexeur en longueurs d’onde. 



Voix-off 2 :36 min – 3 :26 min 

L’intégration des composants lasers sur silicium est un des enjeux de la technologie photonique silicium. Les lasers à semi-conducteurs sont utilisés comme source de la lumière transportant les données. Cependant, ils ne peuvent pas être fabriqués en silicium car ce matériau ne permet pas de générer efficacement de la lumière.

Les lasers sont traditionnellement fabriqués à partir de matériaux à semi-conducteurs appelés « trois/cinq ». Alors, le CEA-Leti a développé une technique en 3 étapes pour les intégrer sur du silicium : 
-	Il s’agit de découper des vignettes de matériau III/V
-	Puis de les coller sur une plaque de silicium sur laquelle ont déjà été fabriqués les autres  composants optiques.
-	Les lasers sont alors fabriqués de façon collective sur les vignettes reportées sur silicium.




2ème intervention de Sylvie Menezo – Directrice des programmes Photonique Silicium au CEA-Leti

3 :28 min – 4 :05 min


Les composants optiques réalisés, dont les lasers, ont une taille de quelques dizaines de microns à quelques centaines de microns. 
Plusieurs dizaines de milliers de puces photoniques sont ainsi fabriquées simultanément sur un substrat silicium de 20 cm de diamètre.

Pour répondre aux contraintes de nos partenaires industriels, nous pouvons tester de façon automatique l’ensemble des composants d’un substrat.
Nous pouvons également tester des transmissions optiques à de très hauts débits, jusqu’à 50 Gbit/s, notamment avec cet équipement, dont il n’existe que quelques exemplaires au monde.

Cet équipement et certains de nos travaux ont bénéficié du soutien financier du programme IRT Nanoélec dans le cadre des Investissements d’Avenir.




Voix-off : 4 :10 min – 4 :33 min. 

Et dans 10 ans ?

Les équipes du CEA-Leti travaillent sur le développement de nouvelles sources lasers.  Avec leurs collègues de la recherche fondamentale du CEA-Inac, ils cherchent à s’affranchir des matériaux III/V et des étapes de découpe et de collage. La solution serait d’utiliser un autre matériau : le germanium. Mais pourra-t-il générer efficacement de la lumière ?