AVIS DE SOUTENANCE de Monsieur Pierre FANNEAU DE LA HORIE

L’Ecole doctorale : Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris

et le Laboratoire de recherche SAMOVAR РServices répartis, Architectures, Modélisation, Validation, Administration des Réseaux

présentent

l’AVIS DE SOUTENANCE de Monsieur Pierre FANNEAU DE LA HORIE

Autoris√© √† pr√©senter ses travaux en vue de l‚Äôobtention du Doctorat de l’Institut Polytechnique de Paris, pr√©par√© √† T√©l√©com SudParis en :

Electronique et Optoélectronique

¬ę Lasers H√©t√©rog√®nes III-V/Si √† R√©troaction Distribu√©e Avanc√©s ¬Ľ

le LUNDI 4 D√ČCEMBRE 2023 √† 14h00

à

Amphi 4
Institut Mines-Télécom 19 place Marguerite PEREY, 91120 Palaiseau

Membres du jury :

M. Badr-Eddine BENKELFAT, Professeur, T√©l√©com SudParis, FRANCE – Directeur de these
M. Joan RAMIREZ, Ing√©nieur de recherche, III-V Lab, FRANCE – CoDirecteur de these
M. Abderrahim RAMDANE, Directeur de recherche, C2N (Centre de Nanosciences et Nanotechnologies) CNRS-UPSay, FRANCE – Rapporteur
M. Guang-Hua DUAN, Directeur de recherche, 3SP Technologies, FRANCE – Rapporteur
Mme Ghaya BAILI, Ing√©nieure de recherche, Thales Research & Technologies, FRANCE – Examinateur

¬ę Lasers H√©t√©rog√®nes III-V/Si √† R√©troaction Distribu√©e Avanc√©s ¬Ľ

présenté par Monsieur Pierre FANNEAU DE LA HORIE

Résumé :

La plate-forme d’int√©gration III-V h√©t√©rog√®ne sur silicium appara√ģt comme une solution √©l√©gante pour la co-int√©gration des fonctions optiques avec leurs pilotes √©lectroniques. L’un des principaux √©l√©ments constitutifs des r√©seaux de m√©tro et d’acc√®s est la diode laser √† r√©troaction distribu√©e. La premi√®re implantation de ce composant en 1971 r√©v√®le un r√©el potentiel pour les t√©l√©communications. Cependant, ce type de composant est limit√© en ce qui concerne l’accordabilit√© rapide en longueur d’onde et la largeur de raie. Dans la premi√®re partie de cette th√®se nous pr√©senterons la Croissance S√©lective de Zone (SAG) sur silicium greff√©. Il s’agit d’une technique d’√©pitaxie consistant en la mise en place de motifs de croissance bloquants sur la plaquette permettant des effets de diffusion cr√©ant des variations d’√©paisseur qui sont directement li√©es √† la bande interdite des puits quantiques. Nous pr√©senterons nos travaux sur le d√©veloppement de SAG pour l’int√©gration d’un r√©seau √† quatre canaux de lasers DFB modul√©s par √©lectro-absorption. Dans la deuxi√®me et la troisi√®me partie de cette th√®se, nous pr√©senterons deux variantes de conception pour faire face aux limites pr√©c√©demment cit√©es des lasers DFB. La deuxi√®me partie porte sur l’√©tude d’un laser DFB capacitivement accordable. Dans ce composant, le guide d’ondes en silicium est dop√© de sorte que la structure P-Si/SiO2/N-InP forme une capacit√© semi-conducteur-isolant-semi-conducteur √† l’int√©rieur de la cavit√© laser permettant un r√©glage rapide, continu et √† faible consommation d’√©nergie de la fr√©quence laser. nous d√©montrons un balayage de fr√©quence continu de 10 GHz sur une √©chelle de temps de deux nanosecondes. La troisi√®me partie pr√©sente la d√©monstration exp√©rimentale du verrouillage de mode dans une bande interdite III-V sur silicium DFB. Le r√©seau chirp√© forme un puits de potentiel photonique parabolique. ce type de puits prend en charge des modes hermite-gaussiens uniform√©ment espac√©s √† Q √©lev√© qui peuvent √™tre verrouill√©s en phase via des m√©canismes de verrouillage de modes. Nous pr√©sentons les possibilit√©s de conception pour la variation de dimension du r√©seau et une caract√©risation du composant. Les spectres √©lectriques sont mesur√©s avec et sans signal de commande micro-onde pour stabiliser le peigne de fr√©quences. Nous avons finalement tir√© des conclusions et pr√©sent√© des perspectives √† court terme.


Abstract :

Heterogeneous III-V on silicon integration platform appears as an elegant solution for co-integration of optical functions with their electronic drivers. One of the main building block of metro and access networks is the Distributed Feedback laser diode. The first implementation of this component in 1971 reveals a real potential for telecommunications. However, this type of component is limited in regards to fast wavelength tunability and linewidth. In the first part of this thesis we will present Selective Area Growth (SAG) on bonded silicon. It is an epitaxy technique consisting in the implementation of blocking growth patterns on the wafer enabling diffusion effects creating thickness variations which is directly linked to quantum wells bandgap. we will present our work on the development of SAG for the integration of a four channel array of electro-absorption modulated DFB lasers. In the second and third part of this thesis we will present two design variations to cope with the previously cited limits of DFB Lasers. Second part is about the study of a capacitively tunable DFB lasers. In this component the silicon waveguide is doped so the P-Si/SiO2/N-InP structure forms a Semiconductor-Insulator-Semiconductor capacitance inside the laser cavity enable fast, continuous and low power consuming way to tune the lasing frequency. we demonstrate a 10 GHz continuous frequency sweep in a two nanosecond time scale. The third part presents the experimental demonstration of the mode locking in an engineered bandgap III-V on silicon DFB. The chirped grating forms a parabolic photonic potential well. this type of well supports High Q evenly spaced Hermite-Gaussian modes that can be phase locked through mode locking mechanisms. We present the design possibilities for variation of grating dimension and a characterisation of the component. The Electrical spectra is measured with and without microwave driving signal to stabilize the frequency comb. We eventually draw conclusions and present short term perspectives.