Thèse soutenue

Conception et mise en œuvre d'émetteurs Terahertz multiples via l'association de fibre multi-cœurs et de réseaux de photodiodes : application aux télécommunications à très haut débit

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Auteur / Autrice : Bewindin Alfred Sawadogo
Direction : Davy GaillotLaurent Bigot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique, photonique
Date : Soutenance le 25/10/2022
Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM)
Jury : Président / Présidente : Laurent Clavier
Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Billabert, Esben Ravn Andresen, Guillaume Ducournau
Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Blin, Christophe Peucheret

Résumé

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Les prévisions de CISCO indiquent que la demande en capacité de transmission ne cesse de croître au fil des années. En plus des utilisations actuelles, on assiste à l'émergence de nouvelles applications telles que la réalité augmentée, les hologrammes, ou encore les communications entre véhicules qui exigent des capacités de l'ordre de la centaine de Gbit/s et plus. Dans le domaine des radiocommunications, différentes approches sont envisagées en vue de répondre à ces besoins. La première consiste en des systèmes MIMO où l'agrégation de plusieurs canaux permet d'atteindre des débits plus élevés que l'état de l'art. La seconde est l'investigation de nouvelles bandes de fréquences dont la gamme THz (100 GHz-10 THz). Dans ce sens, la bande 250-320 GHz, qui a fait l'objet d'une standardisation (IEEE.802.15.3d) en 2017, apparait particulièrement prometteuse car elle présente un bon compromis entre bande passante et performances technologiques. Différentes démonstrations de liaisons ont été faites dans cette bande à l'aide d'émetteurs et de récepteurs optoélectroniques. Cependant, force est de constater que les bilans de liaison sont pour la plupart dégradés non seulement à cause de l'atténuation atmosphérique et des pertes en espace libre élevées à ces fréquences (10 dB/m à 300 GHz) mais aussi en raison des relatives faibles puissances des émetteurs THz, surtout lorsqu'ils sont basés sur le photo-mélange (typiquement moins de 0 dBm). Ceci constitue un frein au développement de transmissions sur de longues distances basées sur cette technologie.Dans le but de permettre des communications à très haut débit avec de meilleurs bilans de liaison, cette thèse réunit deux briques technologiques différentes. D'une part, nous développons un réseau d'émetteurs THz constitué de photodiodes qui, grâce au principe de la combinaison de puissance bien connu en radiofréquence, permet au système de générer plus de puissance THz que des émetteurs unitaires classiques. D'autre part, pour exciter le réseau de photodiodes, nous tirons parti d'une nouvelle génération de fibres optiques, les fibres multi-cœurs, qui trouve également un intérêt pour la réalisation du multiplexage spatial dans les futurs réseaux optiques. En assemblant ces deux briques technologiques, nous démontrons, pour la première fois à notre connaissance, l'excitation d'un réseau de 4 photodiodes par une fibre à 4 cœurs. L'intérêt de ce travail est qu'il démontre la possibilité de réaliser des liaisons autour de 300 GHz à des débits allant jusqu'à 100 Gbit/s, avec de meilleures bilans de liaison que ceux des liaisons basées sur une photodiode unitaire. Alternativement, il serait possible de réaliser le multiplexage spatial de données sur 4 porteuses THz différentes dans le but d'atteindre des débits de plusieurs centaines de Gbit/s. Du reste, nous investiguons, dans ce travail, de nouvelles bandes pour les communications THz à travers la caractérisation d'une photodiode unitaire à 800 GHz pour des débits allant à 10 Gbit/s.