Colloque « Télécommunications- réseaux du futur et services »
publicité
Colloque « Télécommunicationsréseaux du futur et services » Projet Lambda-Access ANR 2006 UMR FOTON : INSA – Telecom Bretagne -ENSSAT Kerdry - VectraWAve – Orange - Perdyn I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats I-Contexte du projet ONU Réseau d’accès WDM PON Demux OLT • Réalisation de sources accordables pour le réseau d’accès • Structure VCSEL • Pompage électrique • l = 1.55 µm • Accordabilité: A:10 nm →B: 32 nm • Débit: A:1 →B: 10Gb/s Transceiver: Emission et réception I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats VCSEL accordable : Etat de l’art État de l'art des VCSELs à MEMS • Miroir membrane à commande électro-thermique – (groupe de Peter Meissner) – ➔ Plage d'accord de 76 nm autour de 1.55 μm, – puissance optique 1 mW • Poutre fléchissante à commande électrostatique – miroir à Réseau de fort contraste (HCG, High Contrast Grating) – (groupe de Connie Chang-Hasnain) – ➔ Temps d'accordabilité de 0.1 μs, – puissance optique 1 mW, – plage d'accord de 18 nm autour de 850 nm avec 14V Mais technologie MEMS => fiabilité ? => durée de vie ? => traitement collectif ? I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats II- Principe du VCSEL accordable à cristaux liquides I 2nL lk k l L E=0 2nL l lk= lk Miroir de Bragg l 20 gain E Cristal liquide Puits ou fils quantiques cristal liquide nématique Miroir de Bragg Mode extraordinaire Mode ordinaire Cristal liquide nématique n 0.2, n 1,6 ⇒ Temps de réponse: 1 ms l 10% ⇒ l 150 nm l I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats II-Structuration du projet INTEXYS / CEA: report de la demi-cavité sur silicium: flipchip INSA: demi-cavité Telecom Bretagne: zone d’accordabilité cristal liquide VCSEL assemblés sur un champ de Si: traitement collectif Kerdy / INSA : miroir de Bragg INTEXYS / CEA: Alignement fibre Packaging Perdyn & ENSSAT tests optiques: Statique et dynamique Vectrawave Driver et mise en boîtier I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats II- Choix technologique Structure LASER Gestion différentielle des modes ordinaires et extraordinaires Gain en cavité froide Puits quantiques e o e o λ (nm) e 0 1500 1550 1600 Anisotropie du gain Fils quantiques /puits quantiques Zone CL nématique Accordabilité l 32 nm Fils quantiques ITO Miroir de Bragg CL nématique 400µm x400µm LC nématique Demi cavité (Bragg + zone active fils quantiques) I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats III- Technologie du VCSEL I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats III-1-Zone active Intensité de photoluminrescence (u. a. ) Deux approches de ZA par MBE Puits quantiques @ 1,55 µm : 7 nm InGaAs/InP avantages : ZA maîtrisée, fort gain inconvénient : faible anisotropie de polarisation optique (I[1-10]/I[110] 1) [110] [1-10] 2,00E-010 1,50E-010 1,00E-010 5,00E-011 0,00E+000 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,65 l (µm) Fils quantiques @ 1,55 µm objectif : ZA à base de nanostructures filaires Inténsité de PL (u. a.) 1.0 0.5 0.0 1.30 200 nm 200 nm Croissance de fils quantiques @ 1,55 µm, faible largeur de raie (110 nm ) Forte anisotropie de polarisation I[1-10]/I[110] <0,5 [110] [1-10] [110] 200nm 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 Longueur d'onde (µm) 1.60 1.65 I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats III-1 Procédé technologique de réalisation des ½ VCSELs Mésa : 50 µm Contacts supérieurs et inférieurs Si Zone active MBE PQs, FQs Si 1.0 Reflectivité 0.8 VCSEL InP 0.6 Miroir de Bragg (DBR) définissant la µ-cavité : 99.6 % @1,55, large bande, 6 paires 0.4 0.2 DBR aSi/aSiNx (6x) 0.0 1.0 DBR Q1.45/InP (40x) 1.2 1.4 1.6 Longueur d'onde (µm) 1.8 2.0 Jonction tunnel enterrée (BTJ) assurant l’aspect monomode transverse =5-20 µm Fibre optique I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats III-1 Procédé technologique de réalisation des ½ VCSELs - Simulation et croissance MBE de la structure 2ième niveau de métallisation - gravure BTJ et reprise MBE output power (u. a.) Gravure mésa a.) de PL (u. Intensité A/cm²) R ( ) pour J (500-1000 2.0x10 E = 12 meV -9 4 1000 1/2 EL 500 µA avant accord 500 µA apres gravure 1 min Rc =EL7.03.10^-5 .cm² lmax=1.555 PL µm Hybridation Flip-Chip / UBM / découpe / report / amincissement -9 800 1.5x10 3 600 2 1.0x10 -9 400 1-10 200 5.0x10 1er niveau de métallisation 00 0.0 0,0 1.1 1,3 300 K, 300 W/cm² 100 dépôt DBR supérieur et gravure DBR 1.2 6 5,0x10 1.3 1.4 7 1,0x101.6 1.5 1,4 1/S1,5 (cm-2 1,6 ) wavelength (µm) BTJ µm 7 1.71,5x10 1.8 1,7 1,8 Retrait substrat et optimisation Mesures electro-optiques l (µm) Dépôt 2nd DBR ou µ-cellule à CL I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats III-2 Process technologique: µ-cellule •Process collectif •Rendement du process hybridation sur puce Laser: 100% I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats III-2 Microcellule cristal liquide Épaisseur de cellule: 6 µm n = 0.26 dans le visible 400 µm via Hybridation sur puce LASER: µ-cellule hybridée sur puce (MEB) I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats IV- Résultats marquants I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats VCSEL contrôlé en polarisation FQs dans VCSEL Polarisation optique 6 5 4 300K -30 Output power in dB (arb. units) Output integrated intensity (arb. unit.) 200nm -40 -50 VCSEL à FQs intrinsèquement contrôlé en polarisation! -60 -70 -80 1,565 1,570 1,575 1,580 1,585 Wavelength (µm) 1er VCSEL à FQs @ 1,55 µm 3 2 1 PQs 0 10 15 20 25 30 35 40 Optical pump power (mW) VCSEL à PQs VCSEL à PQs Stabilité Stabilité du VCSEL à FQs supérieure réduction du bruit de polarisation I- Contexte II- Projet III- Technologies 1- III-V 2- CL IV- Résultats VCSEL accordable Accordabilité contrôle de la polarisation Pompage optique Puits quantiques Mode ordinaire Mode extraordinaire l lk= lk gain Fils quantiques l •40 nm d’accordabilité sans saut de mode •V < 4V lk= lk gain •Seuil 35kW/cm2 Conclusions et perspectives Conclusions •Pompage électrique •Technologie VCSEL électrique (BTJ, DBR diélectriques, report) •Compatibilité avec process Flip-Chip •µ-cellule cristal liquide •Mise au point d’un process de fabrication collective •Dépôt du miroir de Bragg sur capot de µ-cellule •Accordabilité •40 nm d’accordabilité mesurée avec PQs et CL Perspectives •VCSEL CL et FQs Potentiel pour VCSEL massivement accordable (>> 50 nm) Source à faible bruit ? •Elargir le champ d’applications de la source accordable OCT, capteurs (gaz, FBG etc.)
