Etude théorique et expérimentale d'un convertisseur de polarisation intégré sur semiconducteur de type III-V.
Résumé
Actually, optical data rates are limited by polarization fluctuations of the guided lightwave in optical fibers. Solutions based on the polarization control utilize mainly properties of the optical fiber, liquid cristals or the lithium niobate (LiNbO3) in the case of integrated components. However, these materials are not allowed to integrate on the same chip electronics and photonics functions. Thus III-V semiconductor materials are an alternative. The objective of this work is to study theoretically and experimentally TE/TM polarization converters integrated on III-V semiconductor substrates of the GaAs family. The polarization state of the guided wave is controlled via the linear electrooptic tensor of GaAs. We showed that the application of two orthogonal electric fields in the guided wave area induced changes of the polarization state with the same efficiently as lithium niobate components. The thickness and refractive indices of different epitaxial layers were optimized in order to verify conditions imposed by the device (modal birefringence and TM optical loss lowered). Thereafter, strip-loaded waveguides were realized by use of a standard photolithographic process. Finally, results obtained from the characterization are very promising and showed that integrated semiconductor polarization controllers could be good candidates for future optical transmission systems.
Les problèmes associés aux fluctuations de l'état de polarisation des signaux lumineux transitant dans la fibre optique limitent actuellement les débits en transmission. Les solutions basées sur un contrôle de la polarisation du signal utilisent principalement les propriétés de la fibre optique, des cristaux liquides ou du niobate de lithium (LiNbO3) pour les composants d'optique intégrée. Toutefois, la nature même de ces matériaux ne permet pas d'associer sur une même puce les fonctions optiques et électroniques. Pour relever le défit de la miniaturisation des dispositifs, l'utilisation des matériaux semiconducteurs s'impose. L'objectif de ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre : il s'agit d'étudier puis de concevoir un convertisseur de polarisation TE/TM intégré sur substrat semiconducteur III-V de type GaAs. Le composant se base sur les effets électro-optiques linéaires pour modifier l'état de polarisation du signal optique. Ainsi, en menant un étude sur les propriétés électro-optiques linéaires, nous avons montré que l'application de deux champs électriques croisés au niveau du guide optique permettait de modifier l'état de polarisation de la lumière avec une efficacité équivalente à celle des composants intégrés sur niobate de lithium. En modélisant la propagation des modes guidés à travers le composant, les paramètres structurels ont pu être déterminés de manière à répondre aux contraintes imposées par le mode de fonctionnement (biréfringence modale et pertes optiques TM minimales). Les guides de type "chargés enterrés" ont ensuite été réalisés en utilisant les techniques micro-photolithographiques. L'aspect relatif à la nature des contacts électriques a été ensuite développée puis les modulateurs ont été fabriqués. Les résultats issus de la caractérisation des composants sont très prometteurs et démontrent ainsi le potentiel des matériaux semiconducteurs.
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