Intégration hétérogène de source Laser III-V sur Si de puissance accordable pour les applications LiDAR

Heterogeneous integration of high power tunable III-V Laser source on Si for LiDAR applications

• Auteur / Autrice : Guillaume Bruel
• Direction : Johan Rothman
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Inscription en doctorat le 09/01/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI)

Mots clés

Mots clés libres

Laser

Photonique

Iii-v

Silicium

LiDAR

Fmcw

Laser

Photonics

Iii-v

Silicon

LiDAR

Fmcw

Résumé

Afin de réaliser un laser puissant, correctement dimensionné pour des applications lidar et co-intégrable avec un OPA, une architecture de laser de départ robuste inspiré des travaux des thèses précédentes est proposée. Il devra ensuite être redimensionné pour atteindre les spécifications nécessaires : - Emission dans la bande C (vers 1550nm) pour une bonne sécurité oculaire - 100 mW de puissance continue dans le guide Si - 100 kHz de largeur de raie spectrale - Une bonne pureté spectrale (SMSR ~ 40/50dB) - Une excellente stabilité RIN~140dB/Hz - Fonctionnement FMCW - Gestion des effets d'auto-échauffement Le candidat sera impliqué dans le développement du procédé de fabrication, qui sera construit à partir de briques technologiques existantes au CEA-LETI : plateformes photonique silicium 200mm et plateformes photoniques hybride III-V/Si 100mm. Cette thèse a pour objectifs de démontrer la faisabilité d'un laser puissant et de faible largeur de raie en photonique sur Si, de mettre en œuvre des stratégies de gestions efficace de l'échauffement, de démontrer un fonctionnement FMCW et de démontrer une co-intégration avec un OPA. Ce dernier objectif se fera en coopération avec la thèse CIFRE/ST-CEA en cours sur ce sujet des OPA. Un second objectif sera la conception de briques de base d'un récepteur FMCW intégré (en collaboration avec les partenaires de l'IRT), avec une intégration sur la plateforme ST, et de l'étude de faisabilité d'un banc de mesure associé.

In order to realize a powerful laser, correctly dimensioned for lidar applications and co-integratable with an OPA, a robust starting laser architecture inspired by the work of previous theses is proposed. It will then have to be resized to reach the necessary specifications: - Emission in the C-band (around 1550nm) for a good ocular safety - 100 mW of continuous power in the Si guide - 100 kHz spectral linewidth - Good spectral purity (SMSR ~ 40/50dB) - Excellent RIN~140dB/Hz stability - FMCW operation - Management of self-heating effects The candidate will be involved in the development of the fabrication process, which will be built from existing technological building blocks at CEA-LETI: 200mm silicon photonic platforms and 100mm III-V/Si hybrid photonic platforms. The objectives of this thesis are to demonstrate the feasibility of a powerful and narrow linewidth laser in Si photonics, to implement efficient heating management strategies, to demonstrate FMCW operation and to demonstrate co-integration with an OPA. This last objective will be done in cooperation with the CIFRE/ST-CEA thesis in progress on the subject of OPAs. A second objective will be the design of the basic bricks of an integrated FMCW receiver (in collaboration with the IRT partners), with an integration on the ST platform, and the feasibility study of an associated measurement bench.