Conception et études optiques de composants micro-photoniques sur matériaux III-V à base de structures à bandes interdites de photons

Ce travail de thèse porte principalement sur l\u27étude de nouveaux guides optiques, réalisés à partir de structures dont l\u27indice est fortement modulé et sur des dimensions de l\u27ordre de la longueur d\u27onde : les cristaux photoniques. Ces micro-guides peuvent notamment permettre de contrôler latéralement la propagation de la lumière dans un guide plan semi-conducteur classique sur des échelles de l\u27ordre de la longueur d\u27onde, à la différence des technologies actuelles qui ne réalisent cette fonction qu\u27à l\u27échelle du millimètre. Ces micro-guides représentent de ce point de vue une porte d\u27entrée vers une intégration des composants optiques similaire à celle qu\u27ont subit les composants électroniques depuis 50ans. Une première partie de ce travail repose sur la modélisation de ces structures à partir d\u27une méthode de résolution des équations de Maxwell aux différences finies dans le domaine temporel, notamment pour le calcul des courbes de dispersion. Une seconde partie de ce travail a consisté à la réalisation d\u27un banc de caractérisation de ces micro-composants aux longueurs d\u27ondes des télécommunications optiques. Ce banc permet un couplage efficace de lumière via la génération d\u27une luminescence au sein du composant. Des réseaux de découplage ont également été introduits sur les structures d\u27études pour pouvoir collecter la lumière transmise le long de ces guides. Ce banc a mis clairement en évidence ce nouveau type de guidage et des mesures spectrales ont permis une meilleure compréhension des processus de guidage particuliers à ces composants. Une troisième partie de ce travail repose sur une étude expérimentale et numérique des pertes de propagation de ces guides, qui restent élevées pour des applications pratiques. La dernière partie de ce travail consiste en l\u27association de ces guides avec des micro-cavités résonnantes, dans l\u27objectif de réaliser des fonctions compactes de filtrage en fréquences

Conception et études optiques de composants micro-photoniques sur matériaux III-V à base de structures à bande interdite de photon

Ce travail de thèse porte principalement sur l'étude de nouveaux guides optiques, réalisés à partir de structures dont l'indice est fortement modulé et sur des dimensions de l'ordre de la longueur d'onde : les cristaux photoniques. Ces micro-guides peuvent notamment permettre de contrôler latéralement la propagation de la lumière dans un guide plan semi-conducteur classique sur des échelles de l'ordre de la longueur d'onde, à la différence des technologies actuelles qui ne réalisent cette fonction qu'à l'échelle du millimètre.Ces micro-guides représentent de ce point de vue une porte d'entrée vers une intégration des composants optiques similaire à celle qu'ont subit les composants électroniques depuis 50 ans. Une première partie de ce travail repose sur la modélisation de ces structures à partir d'une méthode de résolution des équations de Maxwell aux différences finies dans le domaine temporel, notamment pour le calcul des courbes de dispersion. Une seconde partie du travail a consisté à la réalisation d'un banc de caractérisation de ces micro-composants aux longueurs d'ondes des télécommunications optiques. Ce banc permet un couplage efficace de lumière via la génération d'une luminescence au sein du composant. Des réseaux de découplage ont également été introduits sur les structures d'études pour pouvoir collecter la lumière transmise le long de ces guides. Ce banc a mis clairement en évidence ce nouveau type de guidage et des mesures spectrales ont permis une meilleure compréhension des processus de guidage particuliers à ces composants. Une troisième partie de ce travail repose sur une étude expérimentale et numérique des pertes de propagation de ces guides, qui restent élevées pour des applications pratiques. La dernière partie de ce travail consiste en l'association de ces guides avec des micro-cavités résonnantes, dans l'objectif de réaliser des fonctions compactes de filtrage en fréquences.The thesis focus on a new type of waveguides that are able to guide light at the wavelength scale thanks to the index periodicity of their cladding. These waveguides are called photonic crystal waveguide and can lead to strong scale reductions of usual photonic crystal waveguide and can lead to strong scale reductions of usual photonic circuits. The FDTD method is developed to design and explore the properties of this waveguides. Experimental demonstration of waveguiding is obtained using a guided luminescence technique and diffraction gratings. A better understanding of the propagation characteristics comes from the comparison between experimental datas and FDTD results. Propagation losses of are found to be quite high (around 10-20dB/100 micrometer). Their origins are however clarified, leading to some solutions for loss-reduced waveguides. Finally, the coupling between a photonic crystal waveguide and a photonic crystal microcavity is investigated for compact wavelength filtering.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Capacitive Modulator Design Optimization Using Si and Strained-SiGe for Datacom Applications

International audienceSilicon photonics has become an industrial reality for datacom applications. Nevertheless, as Si suffers from a low electro-optic effect, commercial modulators are few-mm long. The efficiency can be enhanced by using strained-SiGe or by using a semiconductor insulator semiconductor (SIS) architecture. In this paper, we develop a model based on a perturbative approach to optimize capacitive modulator using full-Si or including a thin layer of strained SiGe. This model is coupled with an optimization algorithm in order to estimate the highest optimal modulation amplitude for different operating frequencies

Top-down fabrication of high quality gallium indium phosphide nanopillar/disk array structures

In this work, top-down fabrication methods for fabricating high optical quality gallium indium phosphide (GaInP) nanopillar/disk arrays are investigated for optoelectronic applications. Time-resolved photoluminescence (TRPL) measurements are used to characterize the fabricated nanostructures and the results are compared to the properties of a reference GaInP ‘slab’. Photoluminescence (PL) spectra and carrier lifetimes are characterized for the fabricated GaInP structures embedded in a highly transparent film. Additionally, using GaInP structures on a gallium arsenide (GaAs) substrate the effect of a sulphur-oleylamine based surface passivation procedure is investigated. This was done for the purpose of improving the PL intensities, increase carrier lifetimes and prevent photodegradation by passivating the surface states.QC 20201026</p

Top-down fabrication of high quality gallium indium phosphide nanopillar/disk array structures

In this work, top-down fabrication methods for fabricating high optical quality gallium indium phosphide (GaInP) nanopillar/disk arrays are investigated for optoelectronic applications. Time-resolved photoluminescence (TRPL) measurements are used to characterize the fabricated nanostructures and the results are compared to the properties of a reference GaInP ‘slab’. Photoluminescence (PL) spectra and carrier lifetimes are characterized for the fabricated GaInP structures embedded in a highly transparent film. Additionally, using GaInP structures on a gallium arsenide (GaAs) substrate the effect of a sulphur-oleylamine based surface passivation procedure is investigated. This was done for the purpose of improving the PL intensities, increase carrier lifetimes and prevent photodegradation by passivating the surface states.QC 20201026</p

Silicon Photonics for Terabit/s communication in Data Centers and Exascale Computers

International audienceSilicon Photonics Technology using sub micrometer SOI platform, which commercially emerged at the beginning of the century, has now gained market shares in the field of fiber optic interconnects, from Inter-to Intra-Data Center communications. With growing demands in terms of aggregated bandwidth, scalability, transceiver form factor, and cost, Silicon Photonics is expected to play a growing role, especially with the foreseeable need to co-package photonic transceivers with next generation Ethernet switches. This new paradigm will be possible only with an evolution of existing Silicon Photonics manufacturing platforms, in order to solve the challenges of 3D packaging, laser integration, reflow-compatible optical connectors and high efficiency, low footprint modulators. Achieving these challenges may pave the way to Terabit scale communications in Data Centers and High Performance Computing Systems (HPC)