MATRICES DE COMMUTATION OPTIQUE SUR InP

Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, BP 69-59652 Villeneuve d’Ascq.
N° d’ordre : 3387
THESE
Présentée à
L’UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE
ECOLE DOCTORALE : SCIENCES POUR L’INGENIEUR
pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DES SCIENCES
ET TECHNOLOGIES DE LILLE
Spécialité : Électronique
par
Karine BLARY
MATRICES DE COMMUTATION OPTIQUE SUR InP
Soutenance prévue le 05 décembre 2003 devant la Commission d’Examen :
Président M. Francis MOLLOT Directeur de Recherche au CNRS (IEMN)
Rapporteurs : Mme Béatrice CABON
Mme Chantal FONTAINE
Professeur ENSERG/INPG-IMEP
Directeur de Recherche au CNRS (LAAS)
Directeurs de Thèse : M. Didier DECOSTER
M. Jean CHAZELAS
Directeur de thèse
Professeur de l’université de Lille 1 (USTL)
Co-directeur de thèse
Directeur du département Techniques Avancées
THALES SYSTEMES AEROPORTES
Directeur de Recherche associé au CNRS
Examinateurs : M. François MURGADELLA
M. Joseph HARARI
M. Jacques VANBREMEERSCH
M. Jean-Pierre VILCOT
Ingénieur DGA
Maître de conférence (USTL/IEMN)
Ingénieur de Recherche au CNRS (IEMN)
Directeur de Recherche au CNRS (IEMN)
Thèse de Karine Blary, Lille 1, 2003
© 2004 Tous droits réservés.
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REMERCIEMENTS
Cette thèse de doctorat a été soutenue par la Délégation Générale pour l’Armement et a
été effectuée au Département Hyperfréquences et Semiconducteurs (DHS) de l’Institut
d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) de l’Université des Sciences
et Technologies de Lille, dirigé successivement par Monsieur le Professeur George Salmer, puis
par Monsieur le Professeur Alain Cappy. Je leur exprime toute ma gratitude pour m’avoir
accueillie dans ces locaux.
Monsieur Francis Mollot, Directeur de Recherche au CNRS (IEMN), a accepté de
présider la commission d’examen. Je tiens à lui témoigner ici toute ma reconnaissance.
J’adresse mes plus sincères remerciements à Madame Béatrice Cabon, Professeur à
l’ENSERG (INPG), et à Madame Chantal Fontaine, Directeur de Recherche au CNRS (LAAS),
pour avoir accepté de juger ce travail et d’en être rapporteurs.
Je remercie également Monsieur François Murgadella, Ingénieur à la DGA, et Monsieur
Jacques Vanbremeersch, Ingénieur de Recherche au CNRS (IEMN), pour avoir accepté
d’assister à l’exposé de ce travail.
Monsieur le Professeur Didier Decoster m’a accueillie au sein de l’équipe
Optoélectronique qu’il dirige et m’a proposé ce sujet très intéressant. Ses compétences
scientifiques et ses qualités humaines ont permis de mener à bien ce travail. Je lui suis
particulièrement reconnaissante du temps consacré à l’encadrement très profitable de ces travaux,
des nombreux conseils qu’il m’a prodigués et de ses critiques pour l’écriture de ce mémoire.
Monsieur Jean Chazelas, Directeur du département Techniques Avancées de THALES
SYSTEMES AEROPORTES et Directeur de Recherche associé à l’IEMN, a également participé
à l’encadrement de ces travaux, apportant une motivation supplémentaire à ce travail par son
approche industrielle. Je le remercie chaleureusement pour sa gentillesse et le soutien qu’il a bien
voulu m’accorder.
Cet encadrement, déjà très soutenu, a été renforcé par Monsieur Jean-Pierre Vilcot,
directeur de recherche au CNRS, dont les savoir-faire et connaissances, la disponibilité et la
constante bonne humeur ont rendu ce travail très agréable. De la même façon, les compétences
de Monsieur Joseph Harari ont été essentielles pour appréhender les outils de modélisation. Je
tiens à leur exprimer toute mon amitié et ma reconnaissance et je les remercie de participer à ce
jury.
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Un immense merci à l’ensemble des personnes de la centrale de technologie avec qui j’ai
eu le plaisir de travailler, qui ont su me faire profiter de leur expérience et qui sont désormais mes
compagnons de tous les jours. J'espère n'oublier personne dans cette liste : Christiane Legrand,
Annie Fattorini, Patricia Lefebvre, Patrice Bigotte, Christophe Boyaval, Jean-Louis Codron,
Christophe Coinon, Marc François, Laurent Fugère , Bertrand Grimbert, André Leroy, Michel
Muller , Jean-Claude Pesant, Roger Ringot, Pascal Tilmant, Didier Vandermoëre dit ‘VD’,
Bernard Verbeke.
Merci aussi à Pierre Armant pour sa constante serviabilité tout au long de ce travail.
Bien évidemment, je remercie vivement tous les membres de l’équipe ‘Opto’.
Commençons par ceux que l’on nomme les permanents : Sophie Maricot, Hong Wu Li et
Vincent Magnin. Passons ensuite aux nombreux thésards ou post-doc passés et présents :
Achour, Bob, Jean-François, Arnaud, Christophe, Denis, Gwenn, Ludo, Malek, Sophie, Stefan. Je
tiens ici à exprimer ma profonde gratitude à Yves Hernandez et Samuel Dupont pour leur aide
très précieuse.
Enfin, je salue Isabelle Roch-Jeune et Jean-Luc Lorriaux. Je les ai volontairement cités en
dernier car ils m’ont accueillie récemment dans leur équipe ‘plate-forme’ et cela représente donc
la continuité de ma carrière à l’IEMN. Je leur suis reconnaissante pour m'avoir permis de rédiger
sereinement cette thèse.
Bien sûr, je n’oublie pas tous ceux que j’ai pu rencontrer et côtoyer au sein du laboratoire,
notamment en salle blanche trop nombreux pour être cités. J’espère qu’ils ne m’en tiendront pas
rigueur. J’adresse cependant un clin d’œil particulier à Pape, Yannick, Nicolas et Matthieu, ainsi
qu’à Dorothée Bernard, Isabelle Duzinski, Sophie Fasquel et Cathy Sion.
En dehors de l'IEMN, je remercie les personnes de mon entourage qui m'ont soutenue
pendant cette période de rédaction qui sans eux m’aurait semblé interminable.
Je ne pourrais exprimer par de simples remerciements tout ce que je dois à mes parents et
à mon ami. Je voudrais qu’ils trouvent ici le témoignage de mon amour et de ma reconnaissance.
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TABLE DES MATIERES
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION…………………………………………………………...1
CHAPITRE I : LE CONTEXTE……………………………………………..5
I-1. APPLICATIONS VISEES ET BESOINS……………………………………………..……….……6
1.1. Un exemple : les antennes actives 6
1.2. Le système 7
1.3. La synthèse de retards temporels 8
1.4. Le cahier des charges 9
I-2. LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES DE COMMUTATION OPTIQUE…………………………11
2.1. Les microsystèmes 11
2.1.1. Principes 11
2.1.2. État de l’art 11
2.1.3. Avantages / Inconvénients 12
2.2. La commutation induite par variation d’indice 12
2.2.1. L’effet thermo-optique 12
2.2.1.1. Principe 12
2.2.1.2. État de l’art 13
2.2.1.3. Avantages / Inconvénients 14
2.2.2. L’effet acousto-optique 14
2.2.2.1. Principe 14
2.2.2.2. État de l’art 15
2.2.2.3. Avantages / Inconvénients 15
2.2.3. L’effet magnéto-optique 15
2.2.3.1. Principe 15
2.2.3.2. État de l’art 15
2.2.4. Le « tout optique » 15
2.2.5. Les effets électro-optiques 16
2.2.5.1. Principe 16
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TABLE DES MATIERES
2.2.5.2. Divers effets 16
2.2.5.3. État de l’art 17
2.2.5.4. Avantages / Inconvénients 21
2.3. L’amplification 22
2.4. Comparaison des différentes technologies de commutation 25
I-3. UN DISPOSITIF CLE : LA MATRICE DE COMMUTATION…………...…………………………26
I-4. CONCLUSION…………………………………………………………….……………..……27
I-5. REFERENCES.…………………………………………………………………………..……28
CHAPITRE II : LES PREMIERS RESULTATS………………………..……35
II-1. BILAN DES PRECEDENTS TRAVAUX A L’IEMN……………………………………….………36
1.1. Bilan de la thèse de Ian Cayrefourcq 37
1.1.1. La commutation par TIR 37
1.1.1.1. Principe 37
1.1.1.2. Les résultats obtenus 39
1.1.2. La naissance du « cascade » 39
1.1.2.1. Couplage de modes 40
1.1.2.2. Le principe du commutateur « cascade » 41
1.1.2.3. Les structures 42
1.1.2.4. Les résultats obtenus 44
1.2. Bilan de la thèse de Yves Hernandez 45
II-2. POURQUOI LE DOS ? ETUDE PRELIMINAIRE……..…………………………………………49
2.1. Structure générale du DOS / Rappel du principe du DOS 49
2.2. Structure particulière du DOS étudié 51
2.3. Mesure qualitative / Mesure en champ proche 52
2.4. Mesure quantitative / Mesure fibre à fibre 53
2.5. Intérêt pour le DOS 56
II-3. ETUDE APPROFONDIE DU DOS…………………………………………..………………….58
3.1. Mesure de diaphotie hyperfréquences 58
3.2. Amélioration des performances à une autre longueur d’onde 60
3.3. Mesure du temps de commutation 61
3.4. Mesure du bruit de phase 63
3.5. Mesure de la variation d’indice 65
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