Dérive dans les modulateurs électro-optiques Mach-Zehnder : analyse physique et résolution

Drift in Mach-Zehnder electro-optic modular : physical analysis and solution

• Auteur / Autrice : Rachid Radouani
• Direction : Jean-Paul Salvestrini, Marc Fontana, Farid Abdi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Metz en cotutelle avec (Fès, Maroc), Faculté des Sciences et Techniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMOPS - Laboratoire Matériaux Optiques, Photoniques et Systèmes (Metz)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs électrooptiques

Analyse numérique

Électrooptique

Mots clés libres

Modulateur Mach-Zehnder

Electrooptique

Optique intérée

Résumé

Les modulateurs développés actuellement pour les télécommunications optiques à haut débit souffrent généralement, dans leur partie DC, d’un phénomène de dérive, dont les causes ne sont pas totalement élucidées. Afin de trouver des origines de cette dérive nous avons commencé par caractériser un modulateur Mach-Zehnder commercial. Ceci nous a permis d’identifier l’existence de trois phénomènes : un premier phénomène à temps de réponse rapide lié à la couche de silice, un deuxième lié à l’anisotropie du substrat et un troisième phénomène corrélé aux hétérogénéités de surface induites lors de la fabrication du composant. Cette analyse nous a conduit à envisager une solution aux problèmes des dérives liées à la relaxation des charges dans la structure du composant. Cette solution consiste à compenser les dérives liées à l’anisotropie du substrat de LiNbO3 par celles dues aux hétérogénéités électriques de surface. Afin de mettre en oeuvre cette solution nous avons développé un modèle physique basé sur les équations de Maxwell qui permet de calculer la carte de conductivité idéale permettant de supprimer la dérive à long terme. Ce calcul nécessite la connaissance des temps de réponse caractéristiques du substrat de LiNbO3. C’est pourquoi nous avons mis en place deux bancs de mesures, un montage de Sénarmont et un interféromètre de Mach-Zehnder. Ces montages nous ont permis de mesurer l’évolution temporelle du champ électrique induit dans le substrat lors de l’application d’un échelon de tension et d’en déduire ces temps de réponses.

The modulators currently developed for high speed optical telecommunications generally suffer, in their DC part, from a drift phenomenon, whose causes are not completely understood. In order to find the origins of this drift we started by characterizing a commercial Mach-Zehnder modulator. This enabled us to identify the existence of three phenomena : a first phenomenon with a fast response time related to the silica layer, a second one related to the anisotropy of the substrate and a third phenomenon linked to the heterogeneities of surface induced during the fabrication of the device. This analysis led us to consider a solution to the problems of the drifts related to charges relaxation in the structure of the device. This solution consists in the compensation of the drifts related to the anisotropy of the substrate of LiNbO3 by those due to the electric heterogeneities of the surface. In order to implement this solution we have developed a physical model based on the Maxwell’s equations which allows to calculate the map of the ideal electrical conductivity allowing to remove the long-term drift. This calculation requires the knowledge of the response times of the LiNbO3 substrate. This is why we have developed two experimental setups, one based on the Senarmont’s method and the other on a Mach-Zehnder interferometer. These setups enabled us to measure the temporal evolution of the electric field induced in the substrate during the application of a voltage step and to deduce these response times from them.