Conception optique et hyperfréquence d'un modulateur électro-optique sur polymère : optimisation de transitions ultra-large bande pour l'électrode de commande

par Mohammed El Gibari

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Hong Wu Li, Dominique Averty et de Cyril Lupi.

Soutenue en 2009

à Nantes .


  • Résumé

    Les polymères électro-optiques devraient permettre de réaliser à terme des modulateurs de meilleures performances au moindre coût que ceux à base des cristaux inorganiques comme LiNbO3 et des semi-conducteurs comme GaAs. Cette thèse porte sur la conception de la structure optique et hyperfréquence d’un modulateur Mach-Zehnder sur polymère, en vue de démontrer la faisabilité de sa réalisation à base du polymère électro-optique PIII (PGMA/DR1). L’étude de la structure optique à l’aide du logiciel OptiBPM a permis d’abord de dimensionner la section droite du guide d’onde monomode avec un fort taux de confinement, afin de minimiser l’absorption de l’onde évanescente par l’électrode métallique et la tension de commande du modulateur. L’étude des jonctions Y a abouti à un compromis entre les pertes par absorption du polymère PIII et celles par courbure, tout en respectant la distance minimum requise entre les deux bras de l’interféromètre Mach-Zehnder permettant d’éviter que le champ appliqué à un bras ne déborde sur l’autre. Afin de réduire le coût de fabrication des modulateurs et de faciliter leur caractérisation sur wafer avec des pointes CPW, nous avons étudié des transitions coplanaire et microruban très large bande sans via-holes ni motif dans le plan de masse. Les résultats de mesures et de simulations effectuées à l’aide du logiciel HFSS sont en très bon accord pour les transitions aussi bien sur le substrat commercial NH9338 que sur le polymère SU8 en couche mince de 8 μm. Les simulations prévoient une bande passante de 420 MHz à 60 GHz pour une transition GCPW-MS-GCPW sur le polymère NOA61 en couche mince avec une métallisation d’argent de 6 μm.

  • Titre traduit

    Microwave and optical design of an electro-optic modulator based on polymer : optimization of ultra-broadband transitions for the driving electrode


  • Résumé

    The electro-optical polymers are expected to allow realizing eventually cheaper modulators with better performances than those based on inorganic crystals such as LiNbO3 and semiconductors such as GaAs. This PhD thesis concerns the study and the design of the microwave and optical structure of a Mach-Zehnder modulator based on polymer, in order to demonstrate the feasibility of its realization based on the electro-optical polymer PIII (PGMA/DR1). The study of the optical structure using the software OptiBPM allowed, at first, to optimize the dimensions of the cross section of single mode with high confinement factor, so the absorption of the evanescent lightwave by the metallic electrode and the driving voltage of the modulator are minimized. The study of Y-junctions results in a trade-off between the losses by absorption of the polymer PIII and those by curvature, while keeping the minimum distance required between the two arms of the Mach-Zehnder interferometer, so the electrical field applied to one arm does not extend into the other one. In order to reduce the manufacturing cost of modulators and facilitate their characterization on chip with CPW probes, we studied especially ultra-broadband transitions coplanar microstrip (GCPWMS) without via-holes and etching the ground plane. The results of measurements and simulations obtained using the software HFSS are in very good agreement for the transitions realized on both the commercial NH9338 substrate and polymer SU8 in thin layer of 8 μm. The simulations anticipate a bandwidth from 420 MHz to 60 GHz for a transition GCPW-MS-GCPW on polymer NOA61 in thin film with a metallization of silver of 6 μm.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (151 p)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 NANT 2121
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