Modulateur à réseau de Bragg intégré sur silicium pour les télécommunications dans les centres de données et leurs applications

Récemment, beaucoup d’efforts ont été investis afin de développer des modulateurs sur silicium pour les télécommunications optiques et leurs domaines d’applications. Ces modulateurs sont utiles pour les centres de données à courte portée et à haut débit. Ainsi, ce travail porte sur la caractérisation de deux types de modulateurs à réseau de Bragg intégré sur silicium comportant une jonction PN entrelacée dont le but est de réaliser une modulation de la longueur d’onde de Bragg par le biais de l’application d’un tension de polarisation inverse réalisant une déplétion des porteurs au sein du guide d’onde. Pour le premier modulateur à réseau de Bragg, la période de la jonction PN est différente de celle du réseau de Bragg tandis que le deuxième modulateur à réseau de Bragg a la période de sa jonction PN en accord avec celle du réseau de Bragg. Ces différences apporteront un comportement différent du modulateur impliquant donc une transmission de données de qualité différente et c’est ce que nous cherchons à caractériser. L’avantage de ce modulateur à réseau de Bragg est qu’il est relativement simple à designer et possède un réseau de Bragg uniforme dont on connaît déjà très bien les caractéristiques. La première étape dans la caractérisation de ces modulateurs fut de réaliser des mesures optiques, uniquement, afin de constater la réponse spectrale en réflexion et en transmission. Par la suite, nous sommes passé par l’approche usuelle, c’est à dire en réalisant des mesures DC sur les modulateurs. Ce mémoire montre également les résultats pratiques sur le comportement des électrodes et de la jonction PN. Mais il rend compte également des résultats de la transmission de données de ces modulateurs par l’utilisation d’une modulation OOK et PAM-4 et permet de mettre en évidence les différences en terme d’efficacité de modulation de ces deux modulateurs. Nous discutons alors de la pertinence de ce choix de design par rapport à ce que l’on peut trouver actuellement dans la littérature.

Modulateurs intégrés sur silicium pour la transmission de signaux à modulation d'amplitude multi-niveau

Au cours des dernières années, la photonique intégrée sur silicium a progressé rapidement. Les modulateurs issus de cette technologie présentent des caractéristiques potentiellement intéressantes pour les systèmes de communication à courte portée. En effet, il est prévu que ces modulateurs pourront être opérés à des vitesses de transmission élevées, tout en limitant le coût de fabrication et la consommation de puissance. Parallèlement, la modulation d’amplitude multi-niveau (PAM) est prometteuse pour ce type de systèmes. Ainsi, ce travail porte sur le développement de modulateurs de silicium pour la transmission de signaux PAM. Dans le premier chapitre, les concepts théoriques nécessaires à la conception de modulateurs de silicium sont présentés. Les modulateurs Mach-Zehnder et les modulateurs à base de réseau de Bragg sont principalement abordés. De plus, les effets électro-optiques dans le silicium, la modulation PAM, les différents types d’électrodes intégrées et la compensation des distorsions par traitement du signal sont détaillés.Dans le deuxième chapitre, un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées est présenté. La segmentation des électrodes permet la génération de signaux optiques PAM à partir de séquences binaires. Cette approche permet d’éliminer l’utilisation de convertisseur numérique-analogique en intégrant cette fonction dans le domaine optique, ce qui vise à réduire le coût du système de communication. Ce chapitre contient la description détaillée du modulateur, les résultats de caractérisation optique et de la caractérisation électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, les tests systèmes incluent l’utilisation de pré-compensation ou de post-compensation du signal sous la forme d’égalisation de la réponse en fréquence pour les formats de modulation PAM-4 et PAM-8 à différents taux binaires. Une vitesse de transmission de 30 Gb/s est démontrée dans les deux cas et ce malgré une limitation importante de la réponse en fréquence suite à l’ajout d’un assemblage des circuits radiofréquences (largeur de bande 3 dB de 8 GHz). Il s’agit de la première démonstration de modulation PAM-8 à l’aide d’un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées. Finalement, les conclusions tirées de ce travail ont mené à la conception d’un deuxième modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées présentement en phase de test, dont les performances montrent un très grand potentiel. Dans le troisième chapitre, un modulateur à réseau de Bragg à deux sauts de phase est présenté. L’utilisation de réseaux de Bragg est une approche encore peu développée pour la modulation. En effet, la réponse spectrale de ces structures peut être contrôlée précisément, une caractéristique intéressante pour la conception de modulateurs. Dans ces travaux, nous proposons l’ajout de deux sauts de phase à un réseau de Bragg uniforme pour obtenir un pic de transmission dans la bande de réflexion de celui-ci. Ainsi, il est possible d’altérer l’amplitude du pic de transmission à l’aide d’une jonction pn. Comme pour le deuxième chapitre, ce chapitre inclut la description détaillée du modulateur, les résultats des caractérisations optique et électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, la caractérisation de jonctions pn à l’aide du modulateur à réseau de Bragg est expliquée. Des vitesses de transmission PAM-4 de 60 Gb/s et OOK de 55 Gb/s sont démontrées après la compensation des distorsions des signaux. À notre connaissance, il s’agit du modulateur à réseau de Bragg le plus rapide à ce jour. De plus, pour la première fois, les performances d’un tel modulateur s’approchent de celles des modulateurs de silicium les plus rapides utilisant des microrésonateurs en anneau ou des interféromètres Mach-Zehnder.

Montage et caractérisation d’un système de spectroscopie Raman accordable en longueur d’onde utilisant des réseaux de Bragg comme filtre : application aux nanotubes de carbone

La spectroscopie Raman est un outil non destructif fort utile lors de la caractérisation de matériau. Cette technique consiste essentiellement à faire l’analyse de la diffusion inélastique de lumière par un matériau. Les performances d’un système de spectroscopie Raman proviennent en majeure partie de deux filtres ; l’un pour purifier la raie incidente (habituellement un laser) et l’autre pour atténuer la raie élastique du faisceau de signal. En spectroscopie Raman résonante (SRR), l’énergie (la longueur d’onde) d’excitation est accordée de façon à être voisine d’une transition électronique permise dans le matériau à l’étude. La section efficace d’un processus Raman peut alors être augmentée d’un facteur allant jusqu’à 106. La technologie actuelle est limitée au niveau des filtres accordables en longueur d’onde. La SRR est donc une technique complexe et pour l’instant fastidieuse à mettre en œuvre. Ce mémoire présente la conception et la construction d’un système de spectroscopie Raman accordable en longueur d’onde basé sur des filtres à réseaux de Bragg en volume. Ce système vise une utilisation dans le proche infrarouge afin d’étudier les résonances de nanotubes de carbone. Les étapes menant à la mise en fonction du système sont décrites. Elles couvrent les aspects de conceptualisation, de fabrication, de caractérisation ainsi que de l’optimisation du système. Ce projet fut réalisé en étroite collaboration avec une petite entreprise d’ici, Photon etc. De cette coopération sont nés les filtres accordables permettant avec facilité de changer la longueur d’onde d’excitation. Ces filtres ont été combinés à un laser titane : saphir accordable de 700 à 1100 nm, à un microscope «maison» ainsi qu’à un système de détection utilisant une caméra CCD et un spectromètre à réseau. Sont d’abord présentés les aspects théoriques entourant la SRR. Par la suite, les nanotubes de carbone (NTC) sont décrits et utilisés pour montrer la pertinence d’une telle technique. Ensuite, le principe de fonctionnement des filtres est décrit pour être suivi de l’article où sont parus les principaux résultats de ce travail. On y trouvera entre autres la caractérisation optique des filtres. Les limites de basses fréquences du système sont démontrées en effectuant des mesures sur un échantillon de soufre dont la raie à 27 cm-1 est clairement résolue. La simplicité d’accordabilité est quant à elle démontrée par l’utilisation d’un échantillon de NTC en poudre. En variant la longueur d’onde (l’énergie d’excitation), différentes chiralités sont observées et par le fait même, différentes raies sont présentes dans les spectres. Finalement, des précisions sur l’alignement, l’optimisation et l’opération du système sont décrites. La faible acceptance angulaire est l’inconvénient majeur de l’utilisation de ce type de filtre. Elle se répercute en problème d’atténuation ce qui est critique plus particulièrement pour le filtre coupe-bande. Des améliorations possibles face à cette limitation sont étudiées.

Growth and capping of InAs/GaAs quantum dots investigated by x-ray Bragg-surface diffraction

An x-ray diffraction method, based on the excitation of a surface diffracted wave, is described to investigate the capping process of InAs/GaAs (001) quantum dots (QDs). It is sensitive to the tiny misorientation of (111) planes at the surface of the buffer layer on samples with exposed QDs. After capping, the misorientation occurs in the cap-layer lattice faceting the QDs and its magnitude can be as large as 10 degrees depending on the QDs growth rates, probably due to changes in the size and shape of the QDs. A slow strain release process taking place at room temperature has also been observed by monitoring the misorientation angle of the (111) planes.

Tunable Bragg filter using silicon compound films

In this work, we present the simulation, fabrication and characterization of a tunable Bragg filter employing amorphous dielectric films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition technique on a crystalline silicon substrate. The optical device was built using conventional microelectronic processes and consisted of fifteen periodic intervals of Si3N4 layers separated by air with appropriated thickness and lengths to produce transmittance attenuation peaks in the visible region. For this, previous simulations were realized based in the optical parameters of the dielectric film, which were extracted from ellipsometry and profilometry techniques. For the characterization of the optical interferential filter, a 633 nm monochromatic light was injected on the filter, and then the transmitted output light was collected and conducted to a detector through an optical waveguide made also of amorphous dielectric layers. Afterwards, the optical filter was mounted on a Peltier thermoelectric device in order to control the temperature of the optical device. When the temperature of filter changes, a refractive index variation is originated in the dielectric film due to the thermo-optic effect, producing a shift of attenuation peak, which can be well predicted by numerical simulations. This characteristic allows this device to be used as a thermo-optic sensor. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Theory of modulational instability in Bragg gratings with quadratic nonlinearity

Modulational instability in optical Bragg gratings with a quadratic nonlinearity is studied. The electric field in such structures consists of forward and backward propagating components at the fundamental frequency and its second harmonic. Analytic continuous wave (CW) solutions are obtained, and the intricate complexity of their stability, due to the large number of equations and number of free parameters, is revealed. The stability boundaries are rich in structures and often cannot be described by a simple relationship. In most cases, the CW solutions are unstable. However, stable regions are found in the nonlinear Schrodinger equation limit, and also when the grating strength for the second harmonic is stronger than that of the first harmonic. Stable CW solutions usually require a low intensity. The analysis is confirmed by directly simulating the governing equations. The stable regions found have possible applications in second-harmonic generation and dark solitons, while the unstable regions maybe useful in the generation of ultrafast pulse trains at relatively low intensities. [S1063-651X(99)03005-6].

Estudo e desenvolvimento de uma solução de monitorização estrutural em túneis baseada na tecnologia de redes de Bragg em fibra ótica

Ao longo dos últimos anos, vários esforços e estudos foram feitos com o objetivo de colocar a fibra ótica no mercado, como um sistema preferencial de monitorização das mais diversas obras de Engenharia. Os sensores baseados na tecnologia em fibra ótica apresentam vantagens reconhecidas pelos mais diversos especialistas, sendo atualmente reconhecida como uma das soluções mais eficazes. Na engenharia Civil, a monitorização das grandes obras tem ganho uma importância crescente. Neste contexto, a monitorização de convergências em túneis visa o controlo da respectiva integridade estrutural ao longo da construção e a exploração da obra. Atualmente a solução de monitorização estrutural de túneis utilizada pela FiberSensing é uma solução desenhada em conjunto com a EPOS e o Cegeo (IST), baseada em sensores de Bragg em Fibra Ótica: o SysTunnel. O objetivo do estudo de uma solução alternativa encontra-se no facto do SysTunnel apresentar algumas debilidades no algoritmo de cálculo, sendo para o seu cálculo necessário a introdução de um parâmetro relacionado com o solo envolvente do túnel, facto que introduz incertezas no cálculo das convergências. O presente relatório tem como finalidade documentar o estágio curricular realizado na FiberSensing, entre 01/02/2014 a 31/07/2014. Este estágio teve como objetivo o desenvolvimento de uma solução alternativa de monitorização estrutural baseada na tecnologia das redes de Bragg para a monitorização das convergências em túneis.

Estudio de las capas de acoplamiento y alternativas al reflector de Bragg en estructuras BAW-CRF

Las capas de acoplamiento son un elemento clave en los dispositivos BAW CRF. El factor de acoplamiento K de estas capas permite el diseño de una determinada respuesta. Debido al limitado número de materiales con las que implementarlas, las soluciones que utilizan capas de λ/4 ofrecen un rango discreto de K. Por otra parte, el reflector de Bragg es un mecanismo de aislamiento mecánico entre el sustrato y la estructura BAW que está formado por capas alternas de alta y baja impedancia acústica de λ/4. El problema que presenta es la reducción del factor de calidad asociado a las pérdidas producida por las ondas shear. Este proyecto presenta un método para la obtención de un rango continuo de factores de acoplamiento y estudia la mejora del factor de calidad de las estructuras BAW con reflector de Bragg partiendo de dos materiales con alta y baja impedancia acústica.

La force motrice hydraulique au service du développement économique helvétique : L'exemple du réseau d'eau sous pression à Lausanne 1868-1914

The success story of hydroelectricity long influenced and dominated Swiss scholarly literature devoted to the history of technology. This means of conducting power, which emerged at the end of the 19th century and is still dominating today, has attracted much more attention than technologies that have been shadowed by its success. In spite of their important contribution to Swiss economic development, the distribution networks of pressurized water have been neglected by scholars. This article contributes to close this historiographic gap by analyzing the introduction of pressurized water distribution in 1876 in Lausanne, in the context of the building of the first Swiss cable funicular between Lausanne and Ouchy. This article shows how pressurized water distribution transformed socio-economic practices in the urban areas in which it was adopted. Indeed, this innovation, which allowed the use of distant hydraulic resources, enabled the rationalization of industrial and artisanal production as well as improved the density of the urban industrial base. By facilitating the introduction of electric lighting, pressurized water networks played a key role in the early development, and further successes, of the Swiss hydroelectric industry.