CEA-Leti Unveils Miniaturized Quantum Cascade Lasers for Mid-Infrared Sensing, Targeting Chronic Disease Monitoring

For over a decade, researchers at France's CEA-Leti have been developing quantum cascade lasers (QCLs) for applications ranging from environmental analysis to healthcare. At the SPIE Photonics West conference in January 2026, the institute presented significant progress in integrating these lasers onto silicon photonic platforms for the mid-infrared (MIR) spectrum.

A key breakthrough comes from the institute's Optical Sensors Laboratory, where a team has achieved an important technical milestone. By using heterogeneous integration to place high-performance MIR QCL sources directly onto silicon wafers, they have created a scalable technological platform. This enables the production of compact, robust optical sensors that could eventually be manufactured affordably at large scale.

This advancement paves the way for new generations of sensors, particularly for the continuous, non-invasive monitoring of biomarkers—a critical need for managing chronic diseases. As Badhise Ben Bakir, the QCL theme lead and a research engineer, explained, these lasers emit in the mid-infrared range where molecules have distinct absorption fingerprints, making them ideal for precise chemical detection.

The core innovation, described by Ben Bakir as a "technological breakthrough," is the "smart" heterogeneous integration of III-V semiconductor materials onto silicon. This approach not only enables miniaturization but also opens new possibilities for device design and system integration.

A team of ten researchers is developing these micro-laser sources in CEA-Leti's state-of-the-art cleanrooms, utilizing advanced microelectronic fabrication techniques. According to Maëva Doron, a research engineer in optical sensors, transferring complete QCL systems from the lab to practical, everyday sensors requires deep expertise across the entire chain: design and modeling, fabrication, characterization, and assembly.

The work involves a multidisciplinary team including Kevin Jourde (optical instrumentation) and Marion Volpert (process integration), alongside Doron and Ben Bakir. Their integrated platform represents a major step toward making sophisticated MIR spectroscopy accessible for portable, wearable medical devices and other compact sensing applications.

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​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Depuis plus d'une décennie, les chercheurs du CEA-Leti explorent le potentiel des lasers à cascade quantique (QCL) pour un large éventail d'applications, allant de l'analyse environnementale à la santé.En janvier 2026, l'institut a présenté ses derniers résultats lors du salon internationalSPIE Photonics West, mettant en lumière des avancées significatives dans l'intégration des QCL sur des plateformes photoniques en silicium destinées aux applications dans l'infrarouge moyen (MIR).​

​Au sein du laboratoire des capteurs optiques du département Optique et Photonique, une équipe de recherche a récemment franchi une étape technique importante dans le développement de ces sources laser miniaturisées. En intégrant des sources QCL infrarouges moyennes haute performance sur des plaquettes de silicium grâce à uneintégration hétérogène de matériaux III-V sur silicium, les chercheurs ont développé une plateforme technologique évolutive, capable de produire des capteurs optiques compacts, robustes et potentiellement accessibles à grande échelle.

Cette approche ouvre la voie à de nouvelles générations de capteurs destinés notamment à lasurveillance continue et non invasive de certains biomarqueurs, un enjeu majeur pour le suivi des maladies chroniques.

Badhise Ben Bakir, ingénieur chercheur et responsable du thème QCL, a souligné que ces lasers émettent dans la gamme de l'infrarouge moyen, où les molécules ont une véritable empreinte d'absorption.

Pour relever ces défis, l'équipe de 10 personnes développera des sources micro-lasers dans les salles blanches du CEA-Leti, qui utilisent des technologies microélectroniques de pointe.

Badhise Ben Bakirqualifie par ailleurs de percée technologique, l'intégration « intelligente » du III-V sur le silicium, il ajoute que cette approche d'intégration ouvre également vers de nouvelles possibilités de conception :

Consciente du large éventail de possibilités en matière de R&D, Maëva Doron, ingénieure chercheure en capteurs optiques, a déclaré que pour transférer  les systèmes QCL complets du laboratoire aux capteurs quotidiens, il fallait disposer d'une expertise clé en matière de conception et de modélisation, de fabrication, de caractérisation et d'assemblage.

Kevin Jourde, ingénieur chercheur en instrumentation optique

Marion Volpert, ingénieure chercheure en intégration filière

Maëva Doron, ingénieure chercheure en capteurs optiques

Badhise Ben Bakir, ingénieur chercheur et responsable thématique QCL