Circuits intégrés photoniques à base de boîtes quantiques pour télécommunications optiques

Quantum dash based photonic integrated circuits for optical telecommunications

• Auteur / Autrice : Siddharth Joshi
• Direction : Abderrahim Ramdane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications et électronique
• Date : Soutenance le 05/11/2014
• Etablissement(s) : Evry, Institut national des télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Université : Université Pierre et Marie Curie (Paris ; 1971-2017)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Electronique et Physique - Alcatel-Thalès III-V lab / III-V Lab - Laboratoire de photonique et de nanostructures

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photonique

Systèmes de communication à laser

Télécommunications optiques

Mots clés libres

Boîte quantique

Lasers modulés directement en amplitude

Laser à blocage de mode

Circuit intégré photonique

Laser semi-conducteur

Fabrication de semi-conducteur

Laser Bragg à blocage de mode

Télécommunications optiques

Quantum dash

Directly modulated laser

Mode locked laser

Photonic integrated circuits

Semiconductor laser

Semiconductor fabrication

Mode locked Bragg lasers

Optical telecommunications

Résumé

Ce travail de thèse présente une étude sur les propriétés de nanostructures de type bâtonnets quantiques et de leur application pour les télécommunications optiques. Durant la dernière décennie, ces nanostructures, ont démontré des propriétés optiques et électroniques intéressantes en raison notamment d’un fort confinement quantique dans les trois dimensions d'espace. Cette thèse porte sur la conception et la fabrication d'émetteurs optiques intégrés à base de ce matériau et de leur implémentation dans des systèmes de communication. La première partie de ce travail analyse les propriétés de ces nanostructures, théorique et expérimentale. Elles sont utilisées comme matériau actif de lasers modulés directement en amplitude. Les propriétés dynamiques de ces lasers sont ensuite évaluées et des transmissions sur fibre optique entre 0 et 100 km sont ensuite démontrées en utilisant un filtre étalon permettant d’augmenter en particulier le taux d’extinction dynamique. En s’appuyant sur cette démonstration basée sur des éléments discrets, une version monolithique intégrant un laser et un résonateur en anneaux a été réalisée. La dernière partie de ce travail porte sur des lasers à blocage de mode à base de ce matériau et en particulier sur les méthodes d’intégration sur substrat InP. En particulier, un design de miroir de Bragg innovant a été développé à cet effet et une démonstration d'un laser a blocage de mode intégré avec un amplificateur optique à semi-conducteur a finalement été réalisée

This PhD dissertation presents a study on the properties of the novel quantum dash nanostructures and their properties for application in optical telecommunications. Over the last decade, scientific community has gained considerable interest over these nanostructures and several demonstrations have been made on their interesting optical and electronic properties, notably owing to their strong quantum confinement. This dissertation focuses on conception, fabrication and system demonstration of integrated optical transmitters based on quantum dash material. A first part of this work analyses the properties of qdashes theoretically and experimentally for their use as an active material in directly modulated lasers. The dynamic properties of this material are then evaluated leading to an optical transmission distances in range of 0-100km under direct modulation. The transmission is particularly studied with a passive optical filter to enhance the dynamic extinction ratio, the use of such passive filters is studied in detail. An innovative and fully integrated optical transmitter is finally demonstrated by integrating a ring-resonator filter to a distributed feedback laser. The second part of this work focuses on mode locked lasers based on this material and in particular the methods of integration of such devices on InP are explored. Thus an innovative Bragg mirror design is developed leading to a mode locked laser integrated with a semiconductor optical amplifier