Intégration hybride d'oxydes cristallins pour la photonique silicium

par Ali El boutaybi

Projet de thèse en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Philippe Lecoeur.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering , en partenariat avec Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-11-2020 .


  • Résumé

    La photonique silicium, c'est-à-dire l'utilisation du silicium pour les circuits intégrés optiques, a émergé industriellement il y a plus de dix ans et est aujourd'hui une technologie bien établie. Actuellement, la principale application est la communication de données, en fournissant des circuits émetteurs-récepteurs optiques pour les centres de données. Pour les futurs réseaux de communication, de nouveaux défis doivent être envisagés en termes de vitesse, de consommation d'énergie, de flexibilité et de fiabilité. Des solutions radicalement nouvelles sont donc nécessaires. Au C2N, nous explorons actuellement un nouveau paradigme pour les circuits photoniques avancés, basé sur l'intégration hybride d'oxydes cristallins sur une plateforme photonique en silicium pour la gamme de longueurs d'onde des télécommunications (1.3µm-1.55µm). Le concept de base consiste à exploiter les coefficients optiques non linéaires géants et le dopage aux terres rares (par exemple, l'Erbium) des oxydes fonctionnels pour réaliser des dispositifs révolutionnaires tels qu'un émetteur amplifié à plusieurs longueurs d'onde pour la photonique silicium. Cette thèse explorera les propriétés des couches minces d'oxydes dopés aux terres rares, et le contrôle de leur teneur en oxygène. Le point de départ sera la zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) comme matrice d'oxyde, ayant récemment obtenu au laboratoire les premiers résultats en termes d'amplification de la lumière et d'effets non linéaires avec des guides d'ondes YSZ. Les travaux se dérouleront dans le cadre d'un projet de recherche national (ANR, projet FOIST), avec des expertises complémentaires sur la conception des matériaux, la croissance des couches minces, les dispositifs photoniques et les caractérisations optiques avancées.

  • Titre traduit

    Hybrid integration of crystalline oxides for silicon photonics


  • Résumé

    Silicon photonics, i.e. the use of Si for integrated circuits, has emerged industrially more than a decade ago and is now a well-established technology. Currently, the main application addressed is data-communication, providing optical transceiver cables for datacentres. For future communication networks, new challenges have to be considered in terms of speed, power consumption, flexibility, and reliability. Thus, radically new solutions are required. At C2N, we are currently exploring a new paradigm for advanced photonic circuits based on the hybrid integration of crystalline oxides in the silicon photonics platform for the telecom wavelength range (1.3µm-1.55µm). The core concept is to exploit the giant nonlinear optical coefficients and rare-earth doping (e.g. Erbium) of functional oxides to realize groundbreaking devices such as a multi-wavelength amplified emitter for Si photonics. This thesis will explore the properties of rare-earth-doped oxide thin films, and in particular the tuning of their oxygen content. We focus on yttria-stabilized zirconia (YSZ) as oxide matrix, having recently obtained first results in terms of light amplification and nonlinear effects with YSZ waveguides. The work will take place in the framework of a national research project (ANR, FOIST project), with available expertise on materials design, thin film growth, photonic devices, and advanced optical characterizations.