Study and enhancement of third order non-linear effects in photonic integrated circuits

Etude et exaltation des effets non-linéaires d’ordre trois en optique intégrée.

Enguerran Delcourt (1)

1 FOTON - Institut des Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON

The development of the micro-electronics industry has given access to very high data transmission rates. Currently, these data rates are limited by the electrical interconnection bandwidth and it will soon be necessary to use optical link to obtain higher data rates. To attain this objective, new building blocks must be developped such as lasers, modulators, photo-detectors, waveguides and routing devices. This doctoral thesis concerns the study and development of composant based on organics and chalcogenide glasses materialswith straight or resonators which offer solutions based on nonlinear optics for wavelength and temporal demultiplexing. For this, methods of manufacturing waveguides integrating non-linear molecules into a polymer matrix have been developed. As the nonlinear characterizations are not in agreement with the forecasts, processes for manufacturing straight guides in chalcogenide glasses have been developed. These waveguides initially allowed the observation of self-phase modulation with a maximum phase shift of 2.02 π for a peak power of 30,2 W but also four wave mixing. Finally, micro-resonator in chalcogenide glasseshas been developed to perform cascaded four wave mixing with a conversion efficiency of -26.3 dB for a pump power of 16.1 dBm.

Le développement de la micro-électronique a permis d’obtenir des débits d’information très importants. De nos jours, ces débits sont limités par la bande passante des interconnexions électriques utilisées et l’usage du lien optique devient nécessaire pour atteindre des débits supérieurs. Pour parvenir à réaliser cet objectif, de nouvelles briques de bases sont nécessaires comme des lasers, des modulateurs, des photo-détecteurs et des dispositifs de guidage et de routage de la lumière. Cette thèse traite l’étude et le développement de composant à base de matériaux organiques, de verres de chalcogénures à structure droite ou résonante permettant d’offrir des solutions basées sur l’optique non-linéaire dans le domaine du multiplexage en longueur d’onde et du démultiplexage temporel. Pour cela,des procédés de fabrication de guides d’onde intégrants des molécules non-linéaires dans une matrice de polymère ont été développées. Les caractérisations non-linéaires n’étant pas en accord avec les prévisions, des procédés de fabrication de guides droits en verres de chalcogénures ont également été mis au point. Ces guides d’onde ont dans un premier temps permis l’observation d’auto-modulation de phase avec un déphasage maximal de 2,02 π pour une puissance crête de 30,2 W mais également de mélange à 4 ondes. Pour finir, une version résonante de ces guides sous forme de micro-résonateurs a été mis au point afin de mettre en évidence un mélange à 4 ondes en cascade d’une efficacité de conversion de -26,3 dB pour une puissance de pompe de 16,1 dBm.

Mots clés: integrated optics; optical interconnects; nonlinear optics; cavity resonator.

Mots clés: optique intégrée; interconnexions optiques; optique non-linéaire; cavités résonantes.

Domaines: Optique / photonique

Enguerran Delcourt. Etude et exaltation des effets non-linéaires d’ordre trois en optique intégrée.. Optique / photonique. Université de Rennes 1 (UR1), FRA., 2017. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02941233⟩