Conception, fabrication et caractérisation d'un modulateur optique à commande plasmonique sur nitrure de gallium à une longueur d'onde de 1,55 micron PDF Download
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Book Description
Les futurs modulateurs optiques doivent satisfaire à des exigences auxquelles les modulateurs électro-optiques actuels ne peuvent plus répondre (tension de commande et dimensionnement faible, fonctionnement dans la gamme 0-40GHz à faibles pertes). Il devient alors nécessaire d'envisager de nouveaux moyens de réaliser une modulation rapide à faible consommation. Ce travail s'inscrit au sein d'un projet amont de la DGA, afin d'évaluer le gain potentiel de la plasmonique sur semiconducteurs pour la modulation optique. Nous avons d'abord sélectionné des couches de GaN sur saphir avec d'excellentes propriétés optiques et des pertes de propagation de l'ordre de 0,6dB/cm. Ensuite, nous avons montré la génération d'une résonance plasmonique à l’interface Au/GaN. Un travail d'optimisation a été réalisé en vue de rendre sa modulation efficace par variation de l'indice du GaN. Plusieurs dispositifs de démonstration ont été fabriqués en salle blanche puis caractérisés. Si les résultats optiques obtenus ont montré un effet de variation d'indice nouveau jusqu'à Δn=10-2 pour plusieurs dizaines de volt, les pertes RF de propagation se sont révélées élevées, proches de 16dB/cm à 20GHz. En parallèle, une structure à effet d'électro-absorption utilisant un multipuits quantique sur InP a été conçue et caractérisée par couplage par prisme et a montré des variations d'indice de l'ordre de 2×10-3 à 2,5V. Ces travaux de thèse, précurseurs dans ce domaine au sein du laboratoire, vont permettre d'orienter les recherches futures vers de nouveaux matériaux pour l'optoélectronique, mais aussi de mettre en exergue les points durs de la plasmonique pour la modulation optique sur semiconducteurs.
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Les futurs modulateurs optiques doivent satisfaire à des exigences auxquelles les modulateurs électro-optiques actuels ne peuvent plus répondre (tension de commande et dimensionnement faible, fonctionnement dans la gamme 0-40GHz à faibles pertes). Il devient alors nécessaire d'envisager de nouveaux moyens de réaliser une modulation rapide à faible consommation. Ce travail s'inscrit au sein d'un projet amont de la DGA, afin d'évaluer le gain potentiel de la plasmonique sur semiconducteurs pour la modulation optique. Nous avons d'abord sélectionné des couches de GaN sur saphir avec d'excellentes propriétés optiques et des pertes de propagation de l'ordre de 0,6dB/cm. Ensuite, nous avons montré la génération d'une résonance plasmonique à l’interface Au/GaN. Un travail d'optimisation a été réalisé en vue de rendre sa modulation efficace par variation de l'indice du GaN. Plusieurs dispositifs de démonstration ont été fabriqués en salle blanche puis caractérisés. Si les résultats optiques obtenus ont montré un effet de variation d'indice nouveau jusqu'à Δn=10-2 pour plusieurs dizaines de volt, les pertes RF de propagation se sont révélées élevées, proches de 16dB/cm à 20GHz. En parallèle, une structure à effet d'électro-absorption utilisant un multipuits quantique sur InP a été conçue et caractérisée par couplage par prisme et a montré des variations d'indice de l'ordre de 2×10-3 à 2,5V. Ces travaux de thèse, précurseurs dans ce domaine au sein du laboratoire, vont permettre d'orienter les recherches futures vers de nouveaux matériaux pour l'optoélectronique, mais aussi de mettre en exergue les points durs de la plasmonique pour la modulation optique sur semiconducteurs.
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LE MODULATEUR OPTIQUE TROUVE SON APPLICATION DANS LE CADRE D'UN RESEAU DE TELECOMMUNICATIONS, AU SEIN D'UN MODULE D'EMISSION-RECEPTION. (EX: POSTE EMETTEUR-RECEPTEUR CHEZ L'ABONNE D'UN RESEAU TELEPHONIQUE, INFORMATIQUE, DOMOTIQUE,) LE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MODULATEUR REPOSE SUR LA MODIFICATION DE LA FONCTION DIELECTRIQUE DU MATERIAU SILICIUM (INDICE DE REFRACTION ET COEFFICIENT D'ABSORPTION) PAR INJECTION DE PORTEURS. UN INTERFEROMETRE DE MACH-ZEHNDER EN REFLEXION EST REALISE SUR LE TRAJET D'UN FAISCEAU OPTIQUE 1,3 OU 1,5 MICRONS, D'INTENSITE CONSTANTE. LES ZONES INTRINSEQUES DE DEUX DIODES PIN CONSTITUENT LES DEUX BRAS DE L'INTERFEROMETRE. ON Y CONTROLE L'INJECTION DE TROUS ET D'ELECTRONS ET DONC L'INTENSITE DU SIGNAL OPTIQUE EN SORTIE DU MACH-ZEHNDER. LES BANDES PASSANTES D'EMISSION ET DE RECEPTION MESUREES SUR LES PREMIERS PROTOTYPES POUR UN INDICE DE MODULATION DE 20% SONT DE 10 ET 250 MHZ RESPECTIVEMENT. L'ASPECT FAIBLE COUT DE LA REALISATION DE CE COMPOSANT D'OPTIQUE INTEGREE, SA COMPATIBILITE DE FABRICATION AVEC LES TECHNOLOGIES DE MICRO-ELECTRONIQUE CLASSIQUE SUR SILICIUM PERMETTENT D'ENVISAGER LA REALISATION D'UN MICRO-SYSTEME MONOLITHIQUE (OPTIQUE ACTIVE-ELECTRONIQUE DE COMMANDE) QUI RENDRA CE COMPOSANT COMPETITIF EN REGARD DES SYSTEMES HYBRIDES (MODULATEUR SUR NIOBATE DE LITHIUM, LASER A SEMICONDUCTEUR A L'ALTERNA,) ACTUELLEMENT A L'ETUDE
Author: Arnaud Stolz
Author: Arnaud Stolz
Author: VINCENT.. VOIRIOT