Nanophotointerrupteur avec optique intégrée pour échantillonnage hyperfréquence

par Antoine Pagies

Thèse de doctorat en Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunication

Sous la direction de Didier Decoster et de Vincent Magnin.

Soutenue le 09-12-2011

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse était d'explorer la possibilité de fabriquer un nanophotointerrupteur avec optique intégrée permettant de répondre aux besoins en terme d'échantillonnage optique de signaux radars. Le photointerrupteur est une ligne coplanaire interrompue sur substrat GaAs semi-isolant (SI) ou basse température (BT). L'interruption peut être éclairée soit par le dessus avec une fibre optique ou à l'aide d'un guide optique intégré. Le conducteur central des premiers composants, sur GaAs-SI, dispose de deux adaptateurs modaux hyperfréquences triangulaires au centre desquels se trouve une interruption de taille pouvant être submicronique. Nous avons mesuré un rapport ON/OFF supérieur à 13 dB jusqu'à 20 GHz, avec un éclairage par le dessus.Nous avons ensuite travaillé sur la géométrie de la ligne coplanaire. Nous avons en particulier étudié des adaptateurs modaux à géométrie sinusoïdale et exponentielle ainsi que l'effet du resserrement des masses autour du conducteur central. Nous avons ainsi mesuré un rapport ON/OFF de 32 dB jusqu'à 20 GHz, et des pertes d'insertion hyperfréquence de 6.5 dB.Concernant la partie optique, nous avons étudié par la méthode des faisceaux propagés différents types de guides diélectriques. Pour le composant intégré, nous avons choisi des nanoguides avec un cœur de Si3N4 enterré dans une matrice de SiO2, pouvant être fabriqués sur un dépôt d'or. Nous avons mesuré un rapport ON/OFF supérieur à 25 dB jusqu'à 20 GHz. Des nanophotointerrupteurs sur GaAs-BT ont été intégrés dans un système d'échantillonnage comprenant un laser impulsionnel femtoseconde, et ont permis de sous-échantillonner un signal à 20 GHz avec 3,15 bits effectifs.

  • Titre traduit

    Nanophotoswitch with integrated optics for the optical sampling of high frequencies


  • Résumé

    This thesis presents a nanophotoswitch with integrated optics for the optical sampling of radar signals. The photoswitch is a microwave coplanar waveguide fabricated on a semi-insulating GaAs substrate or a low temperature GaAs substrate, which has a gap that can be either top illuminated by an optical fiber or illuminated by an integrated optical waveguide. We started with semi-insulating GaAs devices.The center conductor of the first components has two triangular microwave tapers with a submicronic gap located at the center. We measured an ON/OFF ratio greater than 13 dB up to 20 GHz, by top illumination.We worked on the geometry of the coplanar waveguide. We particularly studied exponential and sinusoidal tapers and the effect of a decrease of the conductor spacing. We have measured a 32 dB ON/OFF ratio up to 20 GHz, and 6.5 dB of insertion losses.We studied by beam propagation method different types of dielectric guides. For the integrated device, we chose nanowaveguides with a Si3N4 core buried in a SiO2 matrix, which can be fabricated on a gold deposit. We measured an ON/OFF ratio greater than 25 dB up to 20 GHz.Nanophotoswitches built on a low temperature GaAs substrate have been put into a sampling system comprising a femtosecond pulsed laser, and we have subsampled a 20 GHz signal with a 3.15 effective number of bits.


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