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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (04/06/2004), Gonzalez Carmen (Dir.)
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Photodiode UTC et oscillateur différentiel commandé en tension à base de TBdH InP pour récupération d'horloge dans un réseau de transmission optique à très haut débit
Suwimol Withitsoonthorn1

L'intégration optoélectronique d'un récepteur dans une transmission sur fibre optique concerne l'assemblage de trois principales fonctions : la photodétection, la récupération d'horloge et la régénération des données. Cette thèse contribue au développement d'un tel concept avec, d'une part, l'étude d'une structure de photodiode appelée UTC (Uni-Travelling Carrier) compatible avec le transistor bipolaire à double hétérojonction (TBdH), et d'autre part, la réalisation dans cette même technologie TBdH d'un oscillateur commandé en tension ou VCO (Voltage-Controlled Oscillator) pour la récupération d'horloge et des données à 40 et 43 Gbit/s. La photodiode UTC présente de très bonnes performances en bande passante et en courant de saturation par rapport à la photodiode PIN classique. La première partie de ce travail présente une étude approfondie de la structure UTC ainsi que son intégration avec la structure TBdH sur substrat InP. La compatibilité entre ces deux structures a été validée avec quelques critères à respecter. En particulier, le dopage et l'épaisseur de la base constituent les principaux compromis entre la sensibilité et la rapidité du dispositif. Le VCO de type différentiel permettra, après intégration dans une boucle à verrouillage de phase ou PLL (Phase-Locked Loop), de générer un signal stable fournissant deux phases d'horloge complémentaires aux circuits numériques, notamment au circuit de décision utilisé pour la régénération des données. L'architecture « à varactor interne » choisie offre un fort potentiel pour la réalisation des VCO de très hautes fréquences. Le circuit VCO réalisé au cours de cette thèse présente de bonnes performances en plage d'accord (10%) autour de la fréquence d'oscillation de 45 GHz. La précision de cette fréquence est liée aux modèles du transistor et de la ligne coplanaire utilisés dans la simulation, ainsi qu'à la reproductibilité technologique. Ces résultats permettent de franchir une étape importante et nécessaire à la réalisation d'un récepteur monolithique à base de TBdH InP pour les applications à très haut débit.
1 :  Laboratoire Opto+, Alcatel R&I Marcoussis
Photodiode UTC – Transistor bipolaire à double hétérojonction (TBdH) – Récupération d'horloge et des données (CDR) – Oscillateur commandé en tension (VCO) – Boucle à verrouillage de phase (PLL) – Circuit intégré optoélectronique (OEIC) – Transmission optique à très haut débit

Uni-travelling carrier photodiode and differential VCO in InP DHBT technology for clock and data recovery in a high bit rate optical transmission system
Optoelectronic integration of a receiver in an optical transmission system involves three main functions : photodetection, clock and data recovery. This thesis contributes to the development of such a concept by : first, the study of the uni-travelling carrier photodiode (UTC-PD) compatible with the double heterojunction bipolar transistor (DHBT), and secondly, the development of a voltage-controlled oscillator (VCO) using the same technology for clock and data recovery at 40 and 43 Gbit/s. Due to a higher 3dB bandwidth and higher saturation output than the conventional PIN-PD, the UTC-PD is a promising photonic device for high speed and high output power applications. The first part of this work describes the UTC-PD characteristics as well as its integration with DHBTs on InP substrate. The compatibility of both structures has been demonstrated including some specifications. In particular, the doping concentration and the thickness of the absorption layer are important trade-offs between the responsivity and the high speed response of the device. With an integration in a phase-locked loop (PLL), the differential VCO will create a stable signal in order to supply two complementary clock phases to digital circuits such as the decision circuit used for data recovery. The VCO architecture with “internal varactor” is well suited to the realisation of very high frequency VCOs. The VCO built for this work has achieved a good tuning-range performance (10%) around the oscillation frequency of 45 GHz. The precision of this frequency depends not only on the transistor and coplanar waveguide line models used in the simulation, but also on the reproducibility of the technological process. These results allow the taking of an important and necessary step towards the development of the InP DHBT-based monolithically integrated receiver for high bit rate applications.
Uni-travelling carrier photodiode (UTC-PD) – Double heterojunction bipolar transistor (DHBT) – Clock and data recovery (CDR) – Voltage-controlled oscillator (VCO) – Phase-locked loop (PLL) – Optoelectronic integrated circuit (OEIC) – Optical transmission system