Mode-locked microlasers based on photonic crystal and graphene

• Auteur / Autrice : Alexandra Pavlova
• Direction : Xavier Letartre, Christelle Monat, Elena Obraztsova
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Electrotechnique et Automatique
• Date : Soutenance le 26/01/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jean Louis Oudar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Letartre, Christelle Monat, Elena Obraztsova, Nicolas Izard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Louis Oudar, Stéphane Calvez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux photoniques

Photonique

Mots clés libres

Cristaux photoniques

Photonic crystals

Résumé

Dans le monde moderne de l'information numérique, les volumes de transfert de données augmentent constamment et créent une demande correspondante pour des vitesses de transfert plus élevées et un traitement des données plus rapide.De nos jours, le transfert d'information sur la puce au moyen de signaux électriques commence à atteindre ses limites en raison des restrictions physiques des effets quantiques, rendant le transfert de données au moyen de signaux optiques attrayant pour le transfert d'information rapide sur les puces informatiques. Il en résulte que la photonique au silicium, qui utilise du silicium (à motifs) en tant que milieu optique (par exemple des cristaux photoniques), a un grand potentiel pour remplacer les parties des interconnexions métalliques actuelles par celles optiques.Il existe déjà une gamme de composants photoniques créés de manière monolithique sur des plaquettes de silicium sur isolant, mais il manque encore des sources compactes de lumière pulsée sur puce. Dans cette thèse, nous travaillons sur la création de telles sources de lumière pulsée, tout en étudiant l'interaction des lasers à cristaux photoniques avec l'absorbant saturable de graphène. Bien que n'atteignant pas réellement le but ambitieux et à long terme associé à la réalisation d'un laser à verrouillage de mode intégré, cette thèse a fait quelques progrès dans cette direction. Nous avons franchi quelques étapes, telles que l'intégration du graphène et des structures actives des cristaux photoniques, l'étude de l'interaction du graphène avec les lasers compacts, le développement d'un modèle théorique permettant d'étudier cette interaction et enfin la conception de multimodes et de cavités compactes à base de cristaux photoniques pour la miniaturisation de lasers à verrouillage de mode. Ces étapes seront importantes pour le développement de dispositifs compacts capables de générer un train d'impulsions optiques sub-picosecondes dans des plates-formes à puce.

In the modern world of digital information, data transfer volumes are constantly increasing and create a corresponding demand for higher transfer speeds and faster data processing.Nowadays, the information transfer on-chip by means of electrical signals begin to reach its limitations due to physical restrictions of quantum effects, making data transfer by the means of optical signals to become an attractive prospect for high-speed information transfer on computer chips. As a result, silicon photonics, which uses (patterned) silicon as an optical medium (e.g. photonic crystals), has a great potential to replace parts of the current metallic interconnects by the optical ones.There is already a range of photonic components created monolithically on silicon-on-insulator wafers, however, compact sources of pulsed light are still missing on-chip. In this thesis, we are working on creation of such sources of pulsed light, while investigating the interaction of photonic crystal compact lasers with graphene saturable absorber. Although not actually achieving the long-term and ambitious goal associated with the realization of an integrated mode-locked laser, this thesis made some progress in that direction. We have achieved a few milestones, such as the integration of graphene and active photonic crystal structures, the study of the interaction of graphene with compact lasers, the development of a theoretical model providing a basis for studying this interaction and finally the design of multimode and compact photonic crystal based cavities for the miniaturization of mode-locked lasers. These steps will be of importance for the development of compact devices capable of generating a train of sub-picosecond optical pulses in chip-based platforms.