Afin d’obtenir une caractérisation fine de la résonance des diverses structures obtenues, nous avons réalisé des mesures en réflexion à l’analyseur de spectre optique (ou OSA pour Optical Spectrum Analyzer). Les figures 53.a et 53.b montrent deux exemples de spectres ob-tenus sur deux structures différentes. On observe que les mesures (courbes rouges) concordent bien avec les simulations (courbes noires), validant ainsi le modèle utilisé pour calculer la réponse linéaire de nos composants. Les légères variations sur la largeur de résonance, la longueur d’onde centrale et la réflectivité minimale proviennent des incertitudes liées à la fabrication (indices optiques, épaisseurs etc. . . ).
Quelle que soit la structure, l’ensemble des composants réalisés au cours de ce travail de thèse montre une résonance de cavité compatible avec la bande C [1530 nm - 1565 nm]. Afin de comparer les résultats obtenus à l’OSA sur chaque structure avec les simulations respec-tives, nous avons relevé la bande passante BP1/2 définie à (Rmin+Rmax)/2, avec Rmin et Rmax les valeurs théoriques des réflectivités à l’état bloquant et à l’état passant respec-tivement (cf. Figs. 53.a et 53.b). Les résultats sont résumés dans la figure 54. Ils montrent que les valeurs expérimentales obtenues sont en assez bon accord avec les résultats numé-riques aux incertitudes près, preuve d’une fabrication de bonne qualité. Seule la structure HD3 montre une valeur expérimentale deux fois plus grande que la valeur numérique. Ceci provient certainement de notre approximation sur la valeur de l’indice optique de l’Al2O3. En effet, n’ayant pas de valeurs expérimentales pour nos propres couches d’Al2O3, nous avons utilisé une valeur moyenne égale à la valeur communément admise dans la littérature (cf. Tab. 8 page 77), et constante quelle que soit la longueur d’onde. Il est à noter que la longueur
a) b)
Fig. 53 – Spectres optiques expérimentales (courbes en pointillé rouge) et simulés (courbes noires) des structures MD7-(AA2) (a) et HD4-(J4) (b) respectivement.
d’onde de résonance de certains échantillons a été délibérément décalée afin de satisfaire les différentes études que nous avons mené par la suite.
Fig. 54 – Valeurs expérimentales (bâtonnets rouge) et numériques (bâtonnets en pointillé noir) de la bande passante BP1/2pour chaque structure. Les valeurs expérimentales sont une moyenne de plusieurs composants pour une structure donnée.
IV – Conclusion
L’utilisation de notre composant pour la remise en forme des signaux à des débits de 40 Gbits/s ou plus, nécessite une importante optimisation. En effet, à de tels débits, les per-formances requises sont beaucoup plus exigeantes que celles demandées pour des débits plus faibles. Celles-ci imposent que le composant présente un temps de réponse approprié (< 6 ps), une puissance de fonctionnement en adéquation avec les puissances moyennes en ligne (< 6 dBm), des pertes d’insertion faibles (< 5 dB) afin d’éviter un trop grand nombre de coûteuses étapes de réamplification, une amélioration du taux d’extinction suffisante (3 à 5 dB) pour la remise en forme proprement dite et enfin, une insensibilité à la polarisation du signal à traiter.
Nous avons vu que l’optimisation du composant n’était pas une chose aisée, car beau-coup de paramètres physiques sont interdépendants. Il est donc nécessaire de faire certains compromis. Nos analyses ont cependant permis de faire ressortir deux points importants. Le premier est que l’utilisation d’un miroir arrière avec une réflectance proche de 1 peut permettre de diminuer à la fois les pertes d’insertion et la puissance de commutation, et donc par conséquent la puissance de fonctionnement. L’autre conclusion de notre analyse est que l’utilisation d’un faible nombre de puits quantiques permettrait, en association avec un miroir arrière de haute réflectivité, de réduire encore plus significativement cette puis-sance de commutation, sans pour autant augmenter les pertes d’insertion. Malheureusement, nos différentes simulations ont montré que l’élévation de température au sein du compo-sant est principalement dépendante des propriétés thermiques du miroir arrière. Plus celui-ci présente une importante résistance thermique et plus l’élévation de température sera élevée, avec pour principale conséquence une importante modification des propriétés optiques du composant. Or, l’obtention d’un miroir de Bragg de très haute réflectivité nécessite un em-pilement important de couches semiconductrices ou diélectriques ce qui aboutit finalement à une importante résistance thermique (à cause d’une épaisseur trop importante ou/et de l’uti-lisation de matériaux à faibles conductivités thermiques). Pour remédier à ce problème, nous avons décidé d’utiliser des miroirs arrière hybrides constitués d’une couche métallique d’ar-gent de très forte conductivité thermique et d’un petit empilement de couches diélectriques ou semi-conductrices. Ce type de miroir hybride apporte deux avantages. Tout d’abord, on peut obtenir une importante réflectivité, proche de 1, sur une très faible épaisseur (typique-ment l’épaisseur équivalente à 2 ou 4 couches quart d’onde). Ensuite, une microcavité avec ce type de miroir de très haute réflectance peut présenter une relativement faible résistance thermique effective. Nos simulations montrent qu’il est ainsi possible d’atteindre des ré-flectivités supérieures à 98 % avec des résistances thermiques deux à trois fois inférieures à celles de miroirs de Bragg de réflectivités équivalentes (K > 5000 K/W). Un autre avantage des miroirs hybrides face aux miroirs de Bragg classiques, est de pouvoir obtenir de larges résonances de cavité, supérieures à 20 nm, même avec un faible nombre de puits quantiques. Il est ainsi théoriquement possible de réaliser des composants AS ayant un fonctionnement WDM avec de très bonnes performances sur une importante largeur spectrale.
La fonctionnalité totalement passive du composant permet une fabrication en seulement six étapes (au maximum), et sans aucune lithographie. Ces étapes sont d’ailleurs en grande partie déjà parfaitement maîtrisées et utilisées dans l’industrie, d’où une fabrication moins chère que pour la plupart des composants concurrents. Même l’irradiation ionique, bien que
lourde à mettre en place, est une méthode souvent utilisée par les industriels pour la réalisa-tion de composants. Ces six étapes sont dans l’ordre chronologique : l’épitaxie, l’irradiaréalisa-tion ionique, le dépôt du miroir arrière, le report de substrat, l’adaptation de résonance et le dé-pôt du miroir avant. Comme la plupart de ces techniques sont couramment utilisées dans de nombreux laboratoires de recherche, leur adaptation à la fabrication de notre composant a été relativement simple. Cependant, l’optimisation de notre composant a nécessité de mettre au point deux nouvelles techniques au sein du laboratoire. Il a d’abord fallu développer une technique de report de substrat adaptée à nos besoins. Nous avons donc mis au point une tech-nique de collage par brasure or-indium. Ce joint métallique permet de reporter de grandes surfaces tout en assurant une bonne qualité structurale des couches reportées, ainsi qu’une bonne évacuation thermique. L’autre technique que nous avons dû développer est celle per-mettant la création des miroirs hybrides de haute réflectivité, rendue difficile à cause de la faible adhérence des couches diélectriques sur l’argent, ainsi que par la difficulté de déposer des couches diélectriques d’épaisseurs adéquates.
A partir des différentes optimisations proposées et des résultats obtenus par les simula-tions thermiques et optiques, nous avons élaboré cinq types de structures. Toutes ces struc-tures ont pu être réalisées à partir du procédé de fabrication décrit dans ce chapitre. Une première étude optique montre que leurs réponses spectrales linéaires concordent bien avec les résultats de simulations numériques, preuve d’une fabrication de bonne qualité. Chacune de ces structures nous a permis d’étudier l’influence d’un ou de plusieurs paramètres tel que par exemple le nombre de puits quantiques sur la réponse finale du composant. A partir de ces structures, nous avons aussi pu étudier le comportement thermique du composant en fonction de sa résistivité thermique. Les résultats de ces études sont explicités et exploitées dans les chapitres suivants.
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