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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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488documents trouvés

17014
01/04/2017

Single lithography-step self-aligned fabrication process for Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers

L.MARIGO-LOMBART, A.ARNOULT, L.MAZENQ, P.DUBREUIL, B.REIG, N.MAURAN, H.THIENPONT, K.PANAJOTOV, G.ALMUNEAU

PHOTO, TEAM, I2C, Bruxelles

Revue Scientifique : Materials Science in Semiconductor Processing, Vol.61, pp.35-38, Avril 2017 , N° 17014

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Abstract

We demonstrate a self-aligned process to fabricate Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSEL) which combines, within a single lithographic step the mesa etch, the surface passivation, the opening of the emission window and the top annular metallization. This process flow, based on a double photoresist layer enabling two lift-off steps, offers great advantages such as easy and fast implementation while insuring a perfect alignment between the emitting window, the passivation layer aperture and the metal-ring contact. VCSEL fabrication is drastically simplified and its repeatability improved. Finally, this process can be advantageously applied to other photonic devices such waveguide-ridge lasers, modulators, LED, etc.

138793
17030
24/03/2017

Electrically pumped All photonic crystal 2nd order DFB lasers arrays emitting at 2.3 µm

B.ADELIN, O.GAUTHIER-LAFAYE, P.DUBREUIL, A.LECESTRE, Y.ROUILLARD, M.BAHRIZ, G.BOISSIER, A.VICET, A.MONMAYRANT

PHOTO, TEAM, IES

Revue Scientifique : APL photonics, Vol.2, N°3, 036105p., Mars 2017 , N° 17030

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Abstract

Single-mode, widely tunable laser diodes in the mid-infrared range are highly interesting for demanding spectroscopic applications involving multi-species discrimination. We report on an alternative approach using single frequency laser arrays. Single-mode laser arrays were fabricated using all-photonic-crystal electrically pumped distributed feedback cavities on GaSb. The fabricated lasers exhibit thresholds in the 3.2 kA/cm2 range in a continuous wave regime at room temperature. The maximum output power reaches 1 mW and single mode operation with a side-mode suppression ratio of 30 dB is demonstrated. These lasers were used to perform tunable diode laser absorption spectroscopy of several gases in standard gas cells. Continuous spectral coverage of a 40 nm band using 10 lasers seems an achievable goal using laser arrays with PhC lattice constant variations of 1 nm from laser to laser.

139352
16480
10/02/2017

Fabrication and modeling of a capacitor microfluidically tuned by water

N.HABBACHI, H.BOUSSETTA, A.BOUKABACHE, M.A.KALLALA, P.PONS, K.BESBES

Monastir, MILE, MINC

Revue Scientifique : IEEE Electron Device Letters, Vol.38, N°2, pp.277-280, Février 2017, DOI: 10.1109/LED.2016.2644540 , N° 16480

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Abstract

This letter presents fabrication and modeling of a continuously tunable microfluidic capacitor, which is composed of electrodes obtained by classical electrodeposition and microfluidic channels generated by lamination of SU-8 films. We show that the capacitance increases continuously between Cmin = 0.52 pF and Cmax = 18.5 pF following addition of deionized (DI) water in microchannels. The capacitance tuning range reaches 3460% at 500 MHz. The quality factor decreases from Qmax = 69 when the capacitor is empty to Qmin = 5.3 when it is fully filled with DI water. We also model the electric field and current distributions inside microfluidic channels, showing that electric field is cancelled as they are entirely filled with DI water.

138952
16463
27/01/2017

Tunable MEMS capacitor: influence of fluids

N.HABBACHI, H.BOUSSETTA, A.BOUKABACHE, M.A.KALLALA, P.PONS, K.BESBES

Monastir, MILE, MINC

Revue Scientifique : Electronics Letters, Vol.53, N°2, pp.72-73, Janvier 2017 , N° 16463

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01415341

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Abstract

In this letter we evaluate the effect of a dielectric liquid on the tunability of capacitor operating in RF domains. The RF measurement shows a high variations of the resonant frequency accompanied with a low insertion loss. Moreover, the fluid positions between electrodes modifies the capacitance value up to Tr = 6660% at 600MHz. The quality factor decreases in response of water filling from Qmax = 51.9 when it is empty to Qmin = 1.49 when it is fully filled. According to the FEM analysis, the change of the dielectric permittivity influences the capacitor performances. Essentially, the tuning range of the capacitance and the quality factor could reach respectively: Tr = 7660% and Qmin = 35.-

Abstract

In this letter we evaluate the effect of a dielectric liquid on the tunability of capacitor operating in RF domains. The RF measurement shows a high variations of the resonant frequency accompanied with a low insertion loss. Moreover, the fluid positions between electrodes modifies the capacitance value up to Tr = 6660% at 600MHz. The quality factor decreases in response of water filling from Qmax = 51.9 when it is empty to Qmin = 1.49 when it is fully filled. According to the FEM analysis, the change of the dielectric permittivity influences the capacitor performances. Essentially, the tuning range of the capacitance and the quality factor could reach respectively: Tr = 7660% and Qmin = 35.-

138674
17016
18/01/2017

Research studies on AlGaAs selective oxidation process and applications to photonic devices

G.ALMUNEAU, S.CALVEZ, G.LAFLEUR, C.FONTAINE, F.CHOUCHANE, H.CAMON, O.GAUTHIER-LAFAYE

PHOTO

Conférence invitée : VCSELs Advanced Technology abd Application Seminar ( ) 2017 du 18 janvier au 18 janvier 2017, Hsinchu (Taiwan), Janvier 2017 , N° 17016

Non disponible

138853
16477
15/12/2016

Microwave sources based on high quality factor optical resonators; Modeling, optimization and metrology

Z.ABDALLAH

MOST

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 15 Décembre 2016, 150p., Président: V.GIORDANO, Rapporteurs: M.VALLET, A.L.BILLABERT, Examinateurs: G.CIBIEL, Directeurs de thèse: O.LLOPIS, A.FERNANDEZ , N° 16477

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01445614

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Résumé

La technologie photonique-RF offre une alternative intéressante à l’approche purement électronique dans différents systèmes micro-ondes pour des applications militaires, spatiales et civiles. Un composant original, l’oscillateur optoélectronique (OEO), permet la génération de signaux RF stables et à haute pureté spectrale. Il est basé sur une liaison photonique micro-onde utilisée comme boucle de rétroaction et comportant soit une fibre longue, soit un résonateur à fort coefficient de qualité. Différentes études ont été menées au cours de cette thèse afin d’optimiser et d’améliorer la performance en termes de stabilité et de bruit de phase pour le cas de l’OEO à résonateur. La caractérisation fine et la modélisation des résonateurs est une première étape de la conception globale du système. La métrologie du résonateur optique est réalisée par une technique originale, dite de spectroscopie RF. Les résultats expérimentaux ont révélé que cette technique permet d’une part d’identifier le régime de couplage du résonateur et d’autre part de déterminer avec une grande précision tous les paramètres d’un dispositif résonant, comme les facteurs de qualité interne et externe ou les facteurs de couplage. Une deuxième étude a été orientée vers l’implémentation d’un modèle non-linéaire fiable du dispositif. Dans un tel modèle, la photodiode rapide nécessitait une description plus précise, dans le but de contrôler la conversion du bruit d’amplitude optique en bruit de phase de l’OEO. Un nouveau modèle non-linéaire d’une photodiode hyperfréquence a été développé sous un logiciel commercial: Agilent ADS. Ce nouveau modèle rend effectivement compte de cette conversion de bruit. Une puissance optique optimale à l’entrée de la photodiode a été déterminée, pour laquelle la contribution de 𝑅𝐼𝑁 du laser au bruit de phase RF pourrait être négligeable. La performance de l’OEO est affectée par diverses perturbations entrainant un décalage en fréquence entre la fréquence du laser et la fréquence de résonance du résonateur. Il est donc important d’utiliser un système de stabilisation pour contrôler cette différence de fréquence. Des séries d’expériences et de tests ont été menées pour étudier la possibilité, d’une part, de remplacer l’électronique commerciale utilisée auparavant pour le système de verrouillage en fréquence (boucle de Pound-Drever-Hall) par une électronique faible bruit et, d’autre part, d’utiliser un laser à semi-conducteur. Un bilan de ces approches est présenté.

Abstract

RF photonics technology offers an attractive alternative to classical electronic approaches in several microwave systems for military, space and civil applications. One specific original architecture dubbed as optoelectronic oscillator (OEO) allows the generation of spectrally pure microwave reference frequencies, when the microwave photonic link is used as a feedback loop. Various studies have been conducted during this thesis on the OEO, especially the one that is based on fiber ring resonators, in order to optimize and improve its phase noise performance and its long-term stability. Precise characterization and modeling of the optical resonator are the first step towards overall system design. The resonator metrology is performed using an original approach, known as RF spectral characterization. The experimental results have demonstrated that this technique is helpful for the identification of the resonator’s coupling regime and the accurate determination of the main resonator parameters such as the intrinsic and extrinsic quality factors or the coupling coefficients. A second study was directed toward implementing a reliable nonlinear model of the system. In such a model, the fast photodiode require an accurate description, in order to reduce the conversion of the optical amplitude noise into RF noise. A new nonlinear equivalent circuit model of a fast photodiode has been implemented in a microwave circuit simulator: Agilent ADS. This new model is able to describe the conversion of the laser relative intensity noise (𝑅𝐼𝑁) into microwave phase noise at the photodiode output. An optimal optical power at the photodiode’s input has been identified, at which the contribution of the laser 𝑅𝐼𝑁 in RF phase noise is negligible. When it comes to practical applications, the desired performance of an OEO is threatened by various disturbances that may result in a frequency shift of both the laser frequency and the transmission peak of the resonator, which causes a malfunction of the OEO. Therefore it is desirable to use a stabilization system to control the difference between the laser frequency and the resonator frequency. A series of tests and experiments have been carried out to investigate the possibility, on one hand, to replace the commercial servo controller that was used up until now in the Pound-Drever-Hall loop, with a low noise homemade one and, on the other hand, to use a semiconductor laser to reduce the system size. A detailed review of these approaches is presented.

Mots-Clés / Keywords
RF photonics; Optical resonator; Microwave sources; Phase noise; Modeling; Optique hyperfréquence; Résonateurs optiques; Sources micro-ondes; Bruit de phase; Modélisation;

138575
16481
06/12/2016

Nouveaux concepts de filtres spectraux ultra-sélectifs pour spectroscopie embarquée

K.SHARSHAVINA

PHOTO

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 6 Décembre 2016, 174p., Président: V.PAILLARD, Rapporteurs: Y.JOURLIN, F.BAIDA, Examinateurs: A.TALNEAU, Directeurs de thèse: P.ARGUEL, A.L.FEHREMBACH , N° 16481

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01451002

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Abstract

Guided Mode Resonance Filters ( GMRF ) are a new generation of narrowband optical filters and are a very promising alternative to conventional multilayer Fabry-Perot filters. The resonance peak of GMRF can be spectrally extremely thin and with a centering wavelength tunable according to the angle of incidence of the light. These properties are particularly important for spectroscopy. Previous works have helped to implement an original structure with two 1D crossed gratings. The performance of this filter overpasses those of conventional filters in their spectral subnanometric response, tunability and their ability to overcome the influence of the polarization of the incident wave under oblique incidence. The aim of this work is to explore the final performances of such devices in terms of resolution and rejection rate, thanks to an approach combining theory, fabrication technology and characterization. We present experimental results of a polarization independent reflective filter, tunable over 40 nm with a tunability of 8.3 nm/, having a reflection of 10−3 on a 90 nm range outside the resonance and a quality factor over 5000.

Résumé

Les filtres spectraux à réseaux résonants, ou GMRF (Guided-Mode Resonance Filters), sont une nouvelle génération de filtres à bande étroite et constituent une alternative très prometteuse aux filtres conventionnels multicouches Fabry-Pérot. Le pic de résonance d’un GMRF peut être très fin spectralement et de longueur d’onde de centrage accordable en fonction de l’angle d’incidence. Ces propriétés sont particulièrement importantes pour la spectroscopie. Les travaux antérieurs ont permis de mettre en oeuvre une structure originale comportant deux réseaux 1D croisés. Les performances de ce filtre surpassent celles des filtres conventionnels par leur réponse spectrale subnanométrique, leur accordabilité, et leur capacité à s’affranchir de l’influence de la polarisation de l’onde incidente sous incidence oblique. Le but de ce travail est d’explorer les performances ultimes de ce type de dispositif en termes de résolution et taux de réjection, par une approche mêlant théorie, technologie et caractérisation. Nous présentons des résultats expérimentaux d’un filtre en réflexion indépendant de la polarisation, accordable sur 40 nm avec 8,3 nm/ d’accordabilité, ayant une réflexion de 10−3 sur une plage de 90 nm en dehors de la résonance et un facteur de qualité supérieur à 5000.

Mots-Clés / Keywords
Filtre optique; Filtre spectral; Bande-étroite; Réseau résonnant; Indépendance à la polarisation; Accordabilité spectrale; Résonance de mode guidée; Sub-longueur d’onde; Nanophotonique; Nanoimprint; Spectroscopie embarquée; Spectroscopie infrarouge; Caractérisation spectrale; Optical filters; Spectral filter; Narrow band; Resonant grating; Polarization independence; Tunability; Guided-mode resonance; Subwavelength; Nanophotonics; Embedded spectroscopy; Infrared spectroscopy; Spectral characterization;

138593
16475
05/12/2016

Nouvelles architectures de composants photoniques par l'ingénierie du confinement électrique et optique

G.LAFLEUR

PHOTO

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 5 Décembre 2016, 150p., Président: A.MLAYAH, Rapporteurs: B.PANICAUD, S.BARBAY, Examinateurs: J.JACQUET, Directeurs de thèse: S.CALVEZ, G.ALMUNEAU , N° 16475

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01449561

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Abstract

Optical and electrical confinement using Al(Ga)As layer oxidation is a key milestone in the fabrication of active and passive GaAs-based photonic components. To optimize those devices, through the control of the optical and electrical confinements, a better modelling of oxidation process and a better understanding of optical properties of aluminum oxide (AlOx) is required. One part of this work is focusing on a throughout experimental study of AlGaAs oxidation kinetics, where I studied different important parameters such as wafer temperature, gallium composition, atmospheric pressure and mesa geometry. Then, I developed a new predictive model taking into account the process anisotropy, thus allowing a better temporal and spatial of AlAs oxidation front evolution. Finally, I could exploit this technological process to realize whispering gallery mode microdisks as well as slot optical waveguides, and I have characterized this latter photonic devices.

Résumé

Le confinement électrique et optique par oxydation des couches minces d’AlGaAs est une étape essentielle dans la réalisation des composants photoniques actifs et passifs dans la filière de matériaux GaAs. La recherche de performances ultimes sur ces composants nécessite une meilleure maîtrise du procédé d’oxydation ainsi qu’une meilleure connaissance des propriétés optiques de l’oxyde d’aluminium (AlOx). Dans cette perspective, j’ai d’abord réalisé une étude expérimentale de la vitesse d’oxydation des couches d’AlGaAs en fonction de la température du substrat, de la composition en gallium des couches étudiées, de la pression atmosphérique et de la géométrie des mesas considérés. Puis, j’ai établi un modèle anisotrope permettant une meilleure résolution spatiale et temporelle de la forme du front d’oxydation de l’AlAs. Enfin, j’ai exploité ce procédé pour réaliser des composants d’optique guidée notamment des micro-résonateurs puis réalisé des guides optiques à fente et caractérisé leurs performances optiques.

Mots-Clés / Keywords
Semi-conducteurs III-V; Confinement optique; Oxydation humide d’AlGaAs; Micro-résonateurs à mode de galerie; Guide optique à fente; III-V semi-conductors; Wet oxidation of aluminum arsenide; Optical confinement; Whispering gallery mode microdisks; Slot waveguides;

138553
16563
01/12/2016

Miniaturisation d'antennes très large bande pour applications spatiales

J.VALLEAU

MINC

Doctorat : INP de Toulouse, 1 Décembre 2016, 163p., Président: A.REINEX, Rapporteurs: C.DELAVEAUD, A.SHARAIHA, Examinateurs: P.POULIGUEN, Directeurs de thèse: H.AUBERT, A.BELLIO , N° 16563

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Abstract

Currently space applications require to embark more and more equipment to make the most complete missions possible. However, the space on satellites is a limited resource, therefore miniaturization of embedded electronics is a crucial requirement. In embedded applications covering several frequency ranges, use Ultra WideBand antennas (UWB) is a classic and effective solution to limiting the number of antennas and associated circuits. Therefore, the miniaturization of UWB antennas is a major scientific challenge. A miniaturization technique was recently discovered [1] - [3]. It consists to load an Archimedean spiral antenna by stacking coupled resonant rings. This technique allows a reduction of about 35% of the diameter of the antenna without significant degradation of radiating performances. The work of this thesis allows to improve the physical understanding of the role played by the rings in the miniaturization process. An equivalent circuit is developed on the basis of integral equations using extended test functions and the concept of surface impedance. This circuit simulates the electromagnetic response of the coupled and stacked rings 10 times faster than using commercial and rigorous simulation software. This time saving is employed to test a large number of solutions from which it is possible to identify the optimal structure for the miniaturization of the Archimedean spiral loaded with stacked resonant rings. To maximize the effect of coupled resonant rings in the miniaturization of the antenna, the choice of the resonant frequency of the rings is essential. This frequency must be low enough and allow the antenna to stay matched over the widest possible frequency band. The resonant frequency of the rings depends on the deployed perimeter of the rings. The perimeter length is fixed by the choice of the pattern and its number of repetitions along the rings. A quick methodology to select the most suitable pattern for the design of the miniaturized antenna is presented. This method and the equivalent electrical circuit enable a quick and optimized design of a miniature UWB antenna. The validation of this design methodology was done experimentally on the basis of several realizations.

Résumé

De nos jours les applications spatiales nécessitent d’embarquer toujours plus d’équipements afin de rendre les missions les plus complètes possibles. Cependant l’espace à bord des satellites est une ressource limitée et par conséquent, la miniaturisation de l’électronique embarquée est une nécessité cruciale. Dans les applications embarquées couvrant plusieurs plages de fréquence différentes, l’utilisation d’antennes ultra large bande (ULB) est une solution classique et efficace pour limiter le nombre d’antennes et de circuits associés. Leur miniaturisation présente donc un enjeu scientifique majeur. Une technique de miniaturisation consistant à charger une antenne spirale d’Archimède par un empilement d’anneaux résonants et couplés a récemment été découverte [1]-[3]. Elle permet une diminution de l’ordre de 35% du diamètre de l’antenne sans dégradation notable des performances en rayonnement. Les travaux de cette thèse permettent d’affiner la compréhension physique du rôle joué par les anneaux dans le phénomène de miniaturisation. Un circuit électrique équivalent est élaboré sur la base d’équations intégrales utilisant des fonctions d’essai étendues et le concept d’impédance de surface réactive. Ce circuit permet de simuler la réponse électromagnétique des anneaux empilés et couplés 10 fois plus vite qu’en utilisant des logiciels de simulation commerciaux et rigoureux. Ce gain de temps est mis à profit pour tester un nombre de combinaisons importants de solutions parmi lesquelles il est possible d’identifier la structure optimale pour la miniaturisation de la spirale d’Archimède chargée par des anneaux empilés et résonants. Pour maximiser l’effet des anneaux résonants couplés dans la miniaturisation de l’antenne, le choix de la fréquence de résonance des anneaux est crucial. Cette fréquence doit être suffisamment basse et permettre à l’antenne de rester adaptée en impédance sur la bande de fréquence la plus large possible. La fréquence de résonance des anneaux dépend du périmètre déployé des anneaux. Ce périmètre est fixé par le choix du motif de base et par le nombre de ses répétitions le long des anneaux. Une méthode rapide pour choisir le motif le plus adapté à la conception de l’antenne miniaturisée est présentée. Cette méthode et le circuit électrique équivalent permettent la conception optimisée et rapide d’une antenne ULB miniature. La validation de cette méthodologie de conception s’est faite expérimentalement sur la base de plusieurs réalisations.

Mots-Clés / Keywords
Miniaturisation; Antenne; ULB; Ultra large bande; Miniaturization; Antennas; Ultra-wideband (UWB);

139342
16369
05/11/2016

From guided-mode resonance filters to CRIGF and their application to external cavity laser diodes

O.GAUTHIER-LAFAYE, S.AUGÉ, S.PELLOQUIN, A.MONMAYRANT, S.CALVEZ, E.DARAN, J.B.DOUCET, A.L.FEHREMBACH, E.POPOV, A.SENTENAC

PHOTO, TEAM, Fresnel

Conférence invitée : IEEE PS Kansai and KIT Symposium on Photoics ( ) 2016 du 05 novembre au 05 novembre 2016, Kyoto (Japon), Novembre 2016, 1p. , N° 16369

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137997
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