Évaluation de la technologie photonique sur silicium pour le développement de liens sans fil innovants visant 40 Gb/s au-delà de 200 GHz

Evaluation of silicon photonic technology for the development of innovative 40 Gbps wireless link above 200 GHz

• Auteur / Autrice : Elsa Lacombe
• Direction : Cyril Luxey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 05/11/2018
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Polytech'Lab - Laboratoire de Polytech Nice-Sophia
• Jury : Président / Présidente : Alain Maestrini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Maestrini, Laurent Chusseau, Ala Sharaiha, Goutam Chattopadhyay, Carlos Del Rio Bocio, Guillaume Ducournau, Frédéric Gianesello
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Chusseau, Ala Sharaiha

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impression 3D

Antennes (électronique)

Photonique

Émetteurs-récepteurs portatifs

Mots clés libres

Emetteur THz

Photonique sur silicium

Antenne intégrée

Substrat organique

Impression 3D

THz transmitter

Silicium photonics

Integrated antenna

Organic substrate

3D-printing

Résumé

Avec l’explosion du trafic de données mobiles, des débits supérieurs au Gb/s deviennent nécessaires pour l’utilisateur. Ainsi, le réseau de communication est en cour d’amélioration afin de promouvoir le déploiement de la 5G, notamment grâce au développement et à l’installation de systèmes sans fil d’onde millimétrique (mmW) à 10 Gb/s. Néanmoins, pour délivrer de tels débits, les liens fronthaul/backhaul sans fil connectés au cœur de réseau devront supporter des flux de données supérieurs à 40 Gb/s. Cet enjeu suscite un intérêt croissant pour les fréquences sub-mmW et THz (0.1 THz – 1 THz) autour desquelles des bandes passantes (BPs) de 100 GHz sont accessibles. Il serait en effet possible d’atteindre un débit de 100 Gb/s, tout en utilisant des formats de modulation simples et ainsi réduire la consommation d’énergie du système. Visant le marché de masse des applications haut-débits, la technologie Photonique sur Silicium est particulièrement attractive pour générer des BPs naturellement larges et pour sa capacité à forts niveaux d’intégration et faible cout de fabrication. Dans cette thèse, une technologie Photonique sur Silicium industrielle a donc été évaluée durant le développement d’un émetteur intégré THz fonctionnant sur la base d’une photodiode et pouvant délivrer 100 Gb/s. Le développement d’une antenne THz faible cout et compacte est également un aspect majeur de cette thèse afin de permettre la transmission point-à-point du signal THz. En effet, une antenne intégrée sur substrat organique faible cout et à faibles pertes et une lentille fabriquée par impression 3D ont été développées afin d’évaluer ces technologies de prototypage industriel au-delà de 200 GHz.

With the booming of mobile data traffic, the need for higher data-rates is clearly felt. To cope with this strong demand and support the 5G roll-out, the capacity of the mobile communication network is being improved every day with many solutions, among which the development and installation of millimeterwave (mmW) wireless systems operating at up to 10 Gb/s. However, in order to deliver such high speeds to the user, the fronthaul/backhaul network sending data back to the core network would require above 40 Gb/s data-rate wireless links. This challenge generates a growing interest for sub-mmW and THz frequencies (0.1 THz – 1 THz) at which up-to 100 GHz bandwidth (BW) is accessible. In such BW, it would be possible to achieve up to 100 Gb/s data-rates while using simple modulation schemes to reduce the wireless system’s power consumption. Targeting mass-market high data-rates applications, Silicon Photonics technology seems very promising as it benefits from wide intrinsic BW and powerefficient components, as well as high integration levels and low manufacturing costs. In this context, a main aspect of this PhD project is the evaluation of an industrial Silicon Photonics technology for the development of a THz system-on-chip transmitter capable of reaching up to 100 Gb/s using a photodiode. Since THz antennas are also a hot topic for THz point-to-point transmission, a second aspect of this PhD study is the design of a low-cost and compact THz antenna-system. Hence, a planar antenna using low-loss organic packaging technology and a 3D-printed plastic lens were developed in order to assess those industrial prototyping techniques above 200 GHz.