Modulateurs III-V/Si haute fréquence pour les applications en communications et capteurs optiques

La demande mondiale en interconnections digitales repose sur la croissance des volumes de données échangés et sur l’augmentation du nombre d’utilisateurs. Les flux de données qui circulent à travers cette infrastructure à échelle planétaire sont redirigées par des nœud électroniques-optiques, situés à l’intérieur des data-centres jusque dans les domiciles des usagers (FTTH).Chaque nœud requiert de nombreux transceivers haute-performance, pour transmettre et recevoir l’information. Par ailleurs, les circuits intégrés photoniques (PIC) sont une technologie prometteuse pour des systèmes basse-consommation, haute-performance et basse-dimension. La disponibilité de dispositifs de télécommunication optiques sur étagère, comme des lasers télécom ou des modulateurs optiques, suscite de grands intérêts au sein d’autres milieux scientifiques et technologiques qui travaillent avec de la lumière infrarouge. Ces circuits photoniques peuvent être adaptés pour fonctionner à des longueurs d’onde correspondant aux raies d’absorption de certains gaz, pour être intégrés dans des systèmes de détection. Le III-V Lab et le CEA Leti ont récemment démontré de l’épitaxie par croissance sélective (SAG) de matériaux III-V sur du silicium, un procédé de fabrication décisif permettant la fabrication simultanée de puits quantiques à performances spectrales différentes. Pour une future intégration de cette technologie, les performances des modulateurs III-V/Si doivent être améliorées. Le but de cette thèse est de développer des modulateurs, pour démontrer des performances au niveau de l’état de l’art qui s’intègreront avec la technologie SAG. Ces composants basés sur des guides d’ondes III-V sur silicium seront modélisés, fabriqués et testés en vue de montrer de la modulation optique en phase et en amplitude à haute-fréquence. Ce travail requiert une optimisation opto-électronique de l’empilement III-V à base d’InP et du couplage vers les guides SOI sous-jacents pour réduire les pertes, l’absorption, et la tension de déphasage, tout en augmentant la bande passante, visant les 100 GHz. Les modulateurs de phase sont à démontrer dans des circuits de transmission cohérente, au-delà de 400 Gbps/canal grâce aux schémas de modulation avancés tels que le 16QAM. Ces circuits seront aussi utilisés pour démontrer de la modulation de bande latérale unique optique (oSSBM) pour du décalage de fréquence sur 100 GHz dans des capteurs. Le doctorant sera basé au CEA-LETI (Grenoble), au sein du Laboratoire d’Intégration Photonique sur Silicium, dans le cadre du programme de R&D existant avec III-V Lab (Palaiseau) qui co-encadrera ce travail de thèse.