Modélisation, conception, fabrication, caractérisation et valorisation d'amplificateurs optiques à semiconducteur de très large bande spectrale
Auteur / Autrice : | Agnes Verdier |
Direction : | Hélène Carrère |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Photonique et systemes optoelectroniques |
Date : | Soutenance le 04/09/2018 |
Etablissement(s) : | Toulouse, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : LPCNO- Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets - III-V Lab - Laboratoire de physique et chimie des nano-objets / LPCNO - Alcatel-Thales III-V Lab / III-V Lab |
Jury : | Président / Présidente : Chantal Fontaine |
Examinateurs / Examinatrices : Hélène Carrère, Joel Jacquet, Michael Connelly, Delphine Morini | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Joel Jacquet, Michael Connelly |
Résumé
Les réseaux de transport optique connaissent une constante évolution et requièrent des débits de plus en plus importants par fibre optique. Depuis quelques années, l’efficacité spectrale des fibres atteint un plafond, et semble proche de sa limite ultime. La meilleure manière d’augmenter les débits consisterait à étendre la largeur spectrale utilisée dans les fibres optiques. Actuellement, cette largeur est limitée à 35 nm, à cause de la bande optique restreinte des amplificateurs utilisés, les EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifiers). Dans le cadre de projets précédents la capacité des SOAs (Semiconductor Optical Amplifiers) à pouvoir un jour remplacer les EDFA en offrant une plage spectrale nettement plus étendue a été évaluée. Les résultats en ont été très prometteurs, mais nous avons identifié un certain nombre de points bloquants concernant notamment la puissance de saturation et le bruit des SOAs. Durant la thèse nous avons développé des solutions à ces blocages pour tirer le meilleur profit de l’approche SOA large-bande de puissance.La thèse a débuté par la conception des SOAs large-bande de puissance. Cette phase a consisté en campagnes de simulation matériaux au LPCNO pour comprendre et valider la structure active des amplificateurs. Des simulations optiques au III-V Lab ont également été réalisées afin d’optimiser la puissance de saturation des SOAs à travers l’utilisation d’une couche de matériau à fort indice de réfraction sous le guide. De plus différentes géométries ont été proposées pour optimiser les performances des composants. Une fois la conception terminée les composants ont été fabriqués et caractérisés au sein du III-V Lab.Les SOAs réalisées ont démontré une bande passante optique record de 120 nm en bande S+C+L avec un gain de 18.5 dB. Le champ lointain des puces est relativement circulaire avec une divergence très faible à mi-hauteur autour de 17° qui nous a permis d’améliorer les pertes de couplage et tendre vers une mise en module optimisée. Nous avons obtenu une puissance de saturation des SOAs de 23 dBm à 25°C en module. Enfin grâce aux améliorations apportées, le facteur de bruit de nos SOA atteint 4 dB en bande L.Plusieurs applications ont d’ores et déjà été testées avec ces composants à commencer par leur utilisation en télécommunication optique pour des transmissions longue distance avec d’excellents résultats. Ils ont également été intégrés dans des lasers en cavité externe avec des performances remarquables en termes d’accordabilité et de largeur de raie des lasers.Au sein du laboratoire III-V Lab, la thèse a été étroitement encadrée par Romain Brenot et Hélène Debrégeas pour les parties conception, expérimentation et valorisation. Au sein du Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (UMR INSA-CNRS-UPS) de Toulouse, Hélène Carrère a encadré les travaux sur la partie modélisation des matériaux large bande optique.