Modulateur plasmonique ultra-compact pour les interconnexions optiques sur silicium
Auteur / Autrice : | Nicolás Mario Abadía Calvo |
Direction : | Laurent Vivien, Ségolène Olivier |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 02/12/2014 |
Etablissement(s) : | Paris 11 |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut d'électronique fondamentale (Orsay, Essonne ; 19..-2016) - Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....) |
Jury : | Président / Présidente : Renaud Bachelot |
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Vivien, Ségolène Olivier, Renaud Bachelot, Alain Morand, Gérard Colas des Francs, Stéphane Collin | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Morand, Gérard Colas des Francs |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Ce travail vise à concevoir un modulateur optique assisté par plamsons, compatible CMOS et à faible consommation électrique. L’électro-absorption, basée sur l’effet Franz-Keldysh dans le germanium, a été choisie comme principe de modulation pour réduire la taille du dispositif et la consommation d'énergie électrique associée. L’effet Franz-Keldysh se traduit par un changement du coefficient d'absorption du matériau près du bord de bande sous l'application d'un champ électrique statique, d'où la production d'une modulation directe de l'intensité lumineuse. L'utilisation de plasmons permet en principe d’augmenter l'effet électro-optique en raison du fort confinement du mode optique. Un outil de simulation électro-optique intégré a été développé pour concevoir et optimiser le modulateur. Le modulateur plasmonique proposé a un taux d'extinction de 3.3 dB avec des pertes d'insertion de 11.2 dB et une consommation électrique de seulement 20 fJ/bit, soit la plus faible consommation électrique décrite pour les modulateurs photoniques sur silicium. Le couplage du modulateur à un guide silicium standard en entrée et en sortie a également été optimisé par l’introduction d'un adaptateur de mode Si-Ge optimisé, réduisant les pertes de couplage à seulement 1 dB par coupleur. Par ailleurs, un travail expérimental a été effectué pour tenter de déplacer l'effet Franz-Keldysh, maximum à 1650 nm, à de plus faibles longueurs d'onde proches de 1.55 μm pour des applications aux télécommunications optiques.