Les lasers à verrouillage de modes hybrides à faible fréquence de répétition en InP/Si3N4

A Study of hybrid integrated mode-locked lasers in InP/Si3N4 with low repetition rate

• Auteur / Autrice : Yasmine Ibrahimi
• Direction : Laurent Vivien, Frederic Van Dijk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Soutenance le 12/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Jeremy Witzens
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Monmayrant, Vincent Roncin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jeremy Witzens, Antoine Monmayrant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Lasers à infrarouges

Optique intégrée

Radar

Lidar

Circuits intégrés photoniques

Mots clés libres

Laser à verrouillage de modes

Lasers hybrides

Semiconducteurs

Circuits photoniques intégrés

Mode locked lasers

Hybrid lasers

Semiconductors

Photonic integrated circuits

Résumé

Les guides en nitrure de silicium (Si3N4) offrent des pertes minimales et permettent de créer des résonateurs optiques compacts de haute qualité. Tandis que, le phosphure d'indium (InP) est un semi-conducteur III-V polyvalent qui permet l'intégration de sources lasers, de modulateurs optoélectroniques, d'amplificateurs optiques et de photodétecteurs à grande vitesse sur une seule puce. En combinant une puce en nitrure de silicium avec une puce en InP dans une configuration hybride, nous pouvons réaliser des lasers hybrides tels que les lasers à verrouillage de modes à faible taux de répétition (<1 GHz) pour des applications RADAR et LIDAR. Dans cette thèse, nous concevons un laser à verrouillage de modes avec une fréquence de répétition de 364 MHz en utilisant un amplificateur à semiconducteur (R-SOA) en InP et une puce Si3N4 passive. Le développement de ce laser implique une étude des circuits intégrés photoniques hybrides, y compris des simulations et des mesures, en mettant l'accent sur la génération des impulsions optiques avec une durée de vie de l'ordre de la dizaine de picoseconde et l'incorporation de composants tels que des filtres et des amplificateurs sur la même puce pour répondre aux exigences des applications que nous avons ciblées.

Silicon nitride (Si3N4) guides offer minimal losses and enable the creation of compact, high-quality optical resonators. Indium phosphide (InP), on the other hand, is a versatile III-V semiconductor that enables the integration of laser sources, optoelectronic modulators, optical amplifiers, and high-speed photodetectors on a single chip. By combining a silicon nitride chip with an InP chip in a hybrid configuration, we can conceive hybrid lasers such as mode-locked lasers with low repetition rates (<1 GHz) for RADAR and LIDAR applications. In this thesis, we design a mode-locked laser with a repetition rate of 364 MHz using an InP R-SOA and a passive Si3N4 chip. The development of this laser involves a study of hybrid photonic integrated circuits, including simulations and measurements, with emphasis on the generation of optical pulses with lifetimes in the picosecond range, and the incorporation of components such as filters and amplifiers on the same chip to meet the requirements of our application.