VCSEL  modulateur intégré

Cette thématique de recherche vise à développer une technologie de source laser faible coût et économe en énergie pour les liaisons de communications optiques courtes distances et à très hauts débits, et ce en surpassant les performances des lasers VCSEL actuels à modulation directe. L'objectif principal est de développer une architecture de composant permettant des débits de transmission optique jusqu’à 100 Gbps par canal dans des conditions de fonctionnement et des exigences environnementales définies par les applications telles que les datacenters. Notre approche consiste à intégrer de façon monolithique un modulateur à électro-absorption dans la structure verticale du VCSEL. En découplant les propriétés électriques et optiques du modulateur et du laser, les performances à ultra hautes fréquences sont améliorées. Ce type d'architecture s'appuie sur la technologie mature des VCSELs en intégrant de nouvelles fonctionnalités optiques dont le but est d'étendre largement les performances et les domaines d'application pour les nouvelles générations de liaisons optiques.

Diodes laser stabilisées par des filtres nanophotoniques

Nous avons exploité les propriétés extraordinaires de filtrage spectral en réflexion des filtres à réseaux résonnants, et plus particulièrement des filtres intégrés en cavité ou « CRIGFs – Cavity Resonator Integrated Grating Filters » pour réaliser des systèmes de diodes laser stabilisées en fréquence par une cavité étendue. L’utilisation d’un CRIGF permet de simplifier et miniaturiser celle-ci en intégrant la fonction de sélection spectrale (usuellement réalisée par un réseau) directement dans le miroir de sortie de la cavité, et en autorisant l’utilisation de faisceau focalisé sur ce composant multifonctionnel.

Nous avons notamment pu montrer que l’alignement de ces cavités étendues est très robuste et que ces dernières permettent d’accorder une diode laser sur une grande portion de sa gamme de gain. Nos travaux actuels visent à étendre la gamme spectrale de ce type de diodes laser dans le moyen infrarouge, en collaboration avec la start-up Mirsense ou à démontrer l’intégration de ces systèmes dans des boîtiers miniatures et leur accordabilité electro- et thermo-optique, en collaboration avec la société Innoptics et le CNES.

Sources non-linéaires

L’utilisation des non-linéarités optiques est une approche attrayante soit pour diversifier les modes d’opération des laser et notamment faciliter la génération de peignes de fréquences (c’est à dire de train d’impulsions courtes) soit pour étendre, grâce à des mélanges de fréquences, la couverture spectrale vers des régions où l’émission directe par des diodes laser est difficile voire impossible.

Dans ce contexte, nous cherchons à développer les filières technologiques adaptées à la conversion non-linéaire et à les exploiter dans des dispositifs d’optique intégrée. A ce titre, nous menons des travaux sur les plateformes d’intégration photonique monolithique ou hybride permettant de combiner des matériaux à coefficients non-linéaires élevés avec la possibilité de réaliser des guides d’onde présentant de faibles pertes de propagation. Sur cette base, nous menons des travaux sur les micro-résonateurs à modes de galerie (disques, anneaux) en AlGaAs/AlOx, sur les micro-résonateurs à réseaux (de type CRIGF) en niobate de lithium en couches minces, ainsi que des études sur des interféromètres exploitant des matériaux à changement de phase et plus spécifiquement les complexes moléculaires à transition de spin.

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