Une équipe de l'EPFL a créé une puce photonique qui rivalise avec des lasers de laboratoire bien plus volumineux et génère des impulsions optiques extrêmement courtes et à haute énergie. Elle pourrait transformer des technologies telles que le diagnostic médical et les horloges atomiques optiques.Legende: Placée sur une pièce d’un franc pour donner une idée de sa taille, la puce photonique de l'EPFL montre comment une architecture laser autrefois confinée à des systèmes de laboratoire peut être réduite à l'échelle du millimètre. ©2026 EPFL/Zheru QiuLes lasers ultrarapides émettent des impulsions ne durant que quelques centaines de femtosecondes, soit des quadrillionièmes de seconde. Ces flashs de lumière sont utilisés dans des applications allant du micro-usinage de précision à la chirurgie oculaire, en passant par les peignes de fréquences optiques, une technologie récompensée par le prix Nobel à l’origine des horloges atomiques optiques les plus précises actuellement. Pourtant, malgré plus de deux décennies d’efforts, les lasers ultrarapides sont restés des systèmes volumineux et coûteux, confinés aux tables optiques.Une équipe dirigée par le professeur Tobias J. Kippenberg à l’EPFL est parvenue à les intégrer sur une puce photonique. Dans un article publié dans Nature, les scientifiques présentent le premier laser ultrarapide intégré capable de rivaliser avec les lasers femtosecondes plus volumineux utilisés en laboratoire, délivrant 1,05 nanojoule dans des impulsions d’une durée de seulement 147 femtosecondes.Les puces photoniques guident et traitent la lumière dans des canaux microscopiques appelés guides d’ondes, gravés sur un wafer, un peu comme les micropuces électroniques acheminent l’électricité. Largement utilisées dans les télécommunications, les puces photoniques ont permis de miniaturiser des fonctions complexes qui nécessitaient précédemment des systèmes bien plus volumineux.« Depuis plus de vingt ans, un laser femtoseconde à haute énergie d’impulsion sur puce est considéré comme le Graal de la photonique intégrée », explique Tobias J. Kippenberg. « Nos résultats montrent que non seulement c’est possible, mais aussi que cela peut être réalisé grâce à une architecture étonnamment élégante que la communauté de la photonique intégrée avait négligée. »Une conception longtemps ignoréeL’équipe de l’EPFL s’est intéressée à une conception de laser délaissée en photonique intégrée, connue sous le nom d’oscillateur de Mamyshev. Dans la cavité laser, un guide d’onde non linéaire est placé entre deux filtres optiques qui laissent chacun passer une partie différente du spectre de couleurs. Lorsqu’une impulsion intense traverse le guide d’onde, elle s’élargit en un éventail de couleurs plus large, ce qui permet à une partie de cette lumière de passer à travers les deux filtres et de continuer à circuler. La lumière faible, en revanche, ne s’élargit pas suffisamment et est rejetée.« Cette conception est particulièrement intéressante, car elle ne nécessite aucun composant difficile à fabriquer sur cette puce en nitrure de silicium dopé à l’erbium », explique Zheru Qiu, coauteur principal de l’article.De plus, lorsque de la lumière puissante est confinée dans de minuscules guides d’ondes, elle interagit fortement avec elle-même. Une interaction trop importante peut déstabiliser les impulsions dans les conceptions conventionnelles, mais l’architecture de Mamyshev est intrinsèquement beaucoup moins sensible à ce problème, explique Zheru Qiu.Le laser ultrarapide sur puce de l'EPFL en fonctionnement dans le dispositif de test en laboratoire. Le dispositif produit des impulsions laser extrêmement courtes directement sur une puce photonique. Crédit : 2026 EPFL/Zheru QiuUn mini laser, un maxi impactSur la puce, la cavité laser de 42 cm de long peut être repliée dans un espace de la taille d’une tête d’allumette, bien plus petit que les lasers à fibre optique. Comme ces puces photoniques peuvent être fabriquées à l’échelle d’un wafer, à l’instar des puces informatiques, plus de 1 000 cavités laser pourraient être produites en une seule fois, ouvrant la voie à des lasers ultrarapides bien moins coûteux pour la détection, la spectroscopie et la métrologie. « Avec des puissances de crête de l’ordre du kilowatt, la puce peut alimenter des applications gourmandes qui jusqu’à lors, reposaient sur des lasers de laboratoire volumineux et coûteux », explique Zheru Qiu.Ce résultat pourrait déboucher sur des outils portables et abordables pour détecter les polluants, révéler les défauts cachés dans les composants et effectuer des diagnostics médicaux, tout en ouvrant la voie à des horloges atomiques optiques compactes pour les communications et la navigation de demain.Autres contributeursInstitut de microélectronique et d’électrotechnique de l’EPFLHelmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)FinancementFonds national suisse (FNS)US Air Force Office of Scientific Research (AFOSR)RéférencesZheru Qiu, Xuan Yang, Xurong Li, Jianqi Hu, Zhongshu Liu, Yichi Zhang, Xinru Ji, Jiale Sun, Grigory Lihachev, Zihan Li, Ulrich Kentsch, Tobias J. Kippenberg. High-pulse-energy integrated mode-locked laser using a Mamyshev oscillator. Nature 03 juin 2026. DOI : 10.1038/s41586-026-10517-4