Thèse de doctorat : “Lasers Hétérogènes III-V/Si à Rétroaction Distribuée Avancés”

L'École Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris et le Laboratoire de recherche SAMOVAR - Services répartis, Architectures, Modélisation, Validation, Administration des Réseaux présentent l'avis de soutenance de monsieur Pierre FANNEAU DE LA HORIE, autorisé à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l'Institut Polytechnique de Paris, préparé à Télécom SudParis en : Électronique et Optoélectronique.

“Lasers Hétérogènes III-V/Si à Rétroaction Distribuée Avancés”

Le lundi 4 décembre 2023,
à 14 h 00
Amphithéâtre 7 de l'Institut Mines-Télécom,
19 place Marguerite Perey, 91120 PALAISEAU.

Membres du jury :

• M. Badr-Eddine BENKELFAT, Professeur, Télécom SudParis, FRANCE - Directeur de thèse
• M. Joan RAMIREZ, Ingénieur de recherche, III-V Lab, FRANCE - Codirecteur de thèse
• M. Abderrahim RAMDANE, Directeur de recherche, C2N (Centre de Nanosciences et Nanotechnologies) CNRS-UPSay, FRANCE - Rapporteur
• M. Guang-Hua DUAN, Directeur de recherche, 3SP Technologies, FRANCE - Rapporteur
• Mme Ghaya BAILI, Ingénieure de recherche, Thalès Research & Technologies, FRANCE - Examinateur

Résumé :

La plate-forme d'intégration III-V hétérogène sur silicium apparaît comme une solution élégante pour la co-intégration des fonctions optiques avec leurs pilotes électroniques. L'un des principaux éléments constitutifs des réseaux de métro et d'accès est la diode laser à rétroaction distribuée. La première implantation de ce composant en 1971 révèle un réel potentiel pour les télécommunications. Cependant, ce type de composant est limité en ce qui concerne l'accordabilité rapide en longueur d'onde et la largeur de raie.

Dans la première partie de cette thèse, nous présenterons la Croissance Sélective de Zone (SAG) sur silicium greffé. Il s'agit d'une technique d'épitaxie consistant en la mise en place de motifs de croissance bloquants sur la plaquette permettant des effets de diffusion créant des variations d'épaisseur qui sont directement liées à la bande interdite des puits quantiques.

Nous présenterons nos travaux sur le développement de SAG pour l'intégration d'un réseau à quatre canaux de lasers DFB modulés par électro-absorption. Dans la deuxième et la troisième partie de cette thèse, nous présenterons deux variantes de conception pour faire face aux limites précédemment citées des lasers DFB. La deuxième partie porte sur l'étude d'un laser DFB capacitivement accordable. Dans ce composant, le guide d'ondes en silicium est dopé de sorte que la structure P-Si/SiO2/N-InP forme une capacité semi-conducteur-isolant-semi-conducteur à l'intérieur de la cavité laser permettant un réglage rapide, continu et à faible consommation d'énergie de la fréquence laser.

Nous démontrons un balayage de fréquence continu de 10 GHz sur une échelle de temps de deux nanosecondes. La troisième partie présente la démonstration expérimentale du verrouillage de mode dans une bande interdite III-V sur silicium DFB. Le réseau chirpé forme un puits de potentiel photonique parabolique. Ce type de puits prend en charge des modes hermite-gaussiens uniformément espacés à Q élevé qui peuvent être verrouillés en phase via des mécanismes de verrouillage de modes.
Nous présentons les possibilités de conception pour la variation de dimension du réseau et une caractérisation du composant. Les spectres électriques sont mesurés avec et sans signal de commande micro-onde pour stabiliser le peigne de fréquences. Nous avons finalement tiré des conclusions et présenté des perspectives à court terme.