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Présentation

Les circuits photoniques intégrés (PIC) sont à l’optique ce que les circuits imprimés sont à l’électronique. Leur développement laisse donc augurer des perspectives immenses en termes d’application, à la fois pour des applications de capteurs (aide à la navigation, lidar, bio-capteurs), ou de traitement de l’information (télécommunications, calcul quantique, big data). Au travers de collaborations suivies, l’équipe DOP développe et analyse des architectures intégrées spécifiques, principalement pour les applications opto-hyper.

PIC bifréquence

L’intégration de sources hyperfréquences sur porteuse optique est un enjeu majeur en optique microonde. Une alternative à la modulation directe, en particulier pour des gammes de fréquence élevées ( c’est-à-dire [10-100] GHz, voire plus), est d’utiliser la fréquence de battement fB issue d’une source monolithique constituée de deux lasers DFB. Un taux de modulation de 100 % peut être facilement obtenu. De plus, fB présente naturellement une faible largeur spectrale, les fluctuations classiques étant soustraites lors du processus de battement.

Fig.1. Exemples de sources monolithiques bifréquences InGaASP/InP réalisées par le III-V Lab.
a) DFB bi-fréquence ; b) PIC intégrant les DFB et des fonctionnalités (modulateurs ; photodiodes).

Nous appliquons à ces sources les techniques de stabilisation développées au laboratoire (OEPLL, réinjection optique, …) afin de verrouiller fB sur des références RF externes, pour réaliser de nouvelles architectures d’oscillateurs opto-électroniques, ou explorer de nouveaux régimes dynamiques.

Sources laser hybrides

Ces sources sont basées sur l’aboutement d’un milieu à gain, dans notre cas InGaAsP/InP, avec un composant passif, ici nitrure de silicium Si3N4/SiO2. Une des architectures compacte étudiée consiste à abouter un amplificateur optique à semiconducteur réfléchissant (RSOA) avec un réseau de Bragg ou un microrésonateur. Ces lasers à semiconducteurs à cavité étendue ont de très bonnes qualités spectrales et d’accordabilité. Ils constituent donc des sources idéales pour de nombreuses applications en bande C. Nous étudions également la génération de micropeignes de fréquences optiques basées sur des micro-résonateurs annulaires en Si3N4 injectés par un laser DFB. Le faisceau rétroréfléchi, verrouillant la fréquence pompe sur une résonance du micro-résonateur, permet de s’affranchir de dispositifs d’asservissement actifs. Des cristaux solitoniques stables sont ainsi obtenus.

Fig.2. Micropeignes de fréquence. Laser DFB : III-V. Lab. Composant passif : CEA-LETI.

De nouvelles architectures compactes d’oscillateurs optiques sont également en cours d’étude.

Boucle à décalage de fréquence en optique intégrée

L’hybridation de deux technologies de circuits photoniques intégrés (InP et SiN) par transfer printing permet de combiner à la fois des fonctionnalités actives (amplificateurs, modulateurs électro-optiques) et passives (ligne à retard à faible perte) sur une même plate-forme. Un des objectifs de cette technologie est de réaliser des boucles à décalage de fréquence intégrées, pour des applications de lidar, de génération et de traitement analogique de signaux.

Fig.3 a : principe du transfer printing. b : architecture d’une boucle à décalage de fréquence intégrée.

Financements

  • ANRT
  • EU HORIZON-MSCA
  • PEPR
  • Rennes Métropole
  • Région Bretagne
  • FEDER
  • European Defense Agency

Personnels de recherche impliqués

Ingénieurs de recherche, chercheurs et Enseignants-Chercheurs

  • ALOUINI Mehdi

    ALOUINI Mehdi

    (+33)2 23 23 66 58 Professor Directeur d’Unité

  • VALLET Marc

    VALLET Marc

    (+33)2 23 23 62 04 Professor Responsable d’équipe

Doctorants et Post-doctorants

Pour en savoir plus

  • Gaël Kervella, Frederic van Dijk, Grégoire Pillet, Marco Lamponi, Mourad Chtioui, et al.. Optoelectronic cross-injection locking of a dual-wavelength photonic integrated circuit for low-phase-noise millimeter-wave generation. Optics Letters, 2015, 40 (15), pp.3655. ⟨10.1364/OL.40.003655⟩. ⟨hal-02904707⟩
  • Peppino Primiani, Frederic Van Dijk, Marco Lamponi, Mourad Chtioui, Marc Vallet, et al.. Tunable Optoelectronic Oscillator based on an integrated heterodyne source. 2016 Ieee International Topical Meeting On Microwave Photonics (mwp), 2016, pp.251–254. ⟨hal-01481023⟩
  • Aurélien Thorette, Marco Romanelli, Marc Vallet. Synchronization of Two DFB Lasers Using Frequency-Shifted Feedback for Microwave Photonics. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2019, 55 (1), pp.2200108. ⟨10.1109/JQE.2019.2891819⟩. ⟨hal-02383118⟩
  • Sylvain Boust, Houssein El Dirani, Laurène Youssef, Yannick Robert, Alexandre Larrue, et al.. Microcomb Source Based on InP DFB / Si3N4 Microring Butt-Coupling. Journal of Lightwave Technology, 2020, 38 (19), pp.5517 – 5525. ⟨10.1109/jlt.2020.3002272⟩. ⟨hal-02994120⟩
Circuits photoniques intégrés
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