Doctorat en développement de dispositifs optoélectroniques INO / SI ultra rapides par intégration hétérogène pour les communications optiques

Présentation de Télécom SudParis :

Télécom SudParis est une grande école publique d'ingénieurs reconnue au meilleur niveau des sciences et technologies du numérique. La qualité de ses formations est basée sur l’excellence scientifique de son corps professoral et une pédagogie mettant l’accent sur les projets d’équipes, l’innovation de rupture et l’entreprenariat. Télécom SudParis compte 1 000 étudiantes et étudiants dont 700 élèves ingénieurs et environ de 150 doctorantes et doctorants. Télécom SudParis fait partie de l’Institut Mines-Télécom, premier groupe d’école d’ingénieurs en France, et partage son campus avec Institut Mines-Télécom Business School. Télécom SudParis est co- fondatrice de l'Institut Polytechnique de Paris (IP Paris), Institut de Sciences et Technologies à vocation mondiale avec l’École polytechnique, l’ENSTA Paris, l’ENSAE Paris et Télécom Paris. Vidéo présentation de Télécom SudParis

À propos de l'Institut Mines-Télécom :

Vidéo de présentation de l'Institut Mines-Télécom

Contexte

Dans notre société actuelle hyperconnectée, il existe une forte demande pour améliorer les systèmes actuels de transmission de données afin de mettre en place de nouveaux canaux de communication plus rapides, plus sûrs et plus efficaces d'un point de vue énergétique. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux transceivers optiques (émetteurs et récepteurs) capables de fonctionner pour des débits de données très élevées (> 10 Tb/s) en utilisant une technologie à faible coût. Dans ce contexte, la photonique au silicium est l’une des solutions prometteuses capable de répondre à toutes ces exigences en raison de la disponibilité du principal matériau, le silicium (Si), et de la maturité de la technologie CMOS. En revanche, le Si est un matériau à bande interdite indirecte et est donc connu pour avoir de faibles propriétés d'émission de lumière, ce qui constitue une forte contrainte forte lorsque l'on souhaite développer des sources laser à base de Si. Néanmoins, il existe des approches permettant notamment l'intégration hétérogène de matériaux semi-conducteurs III-V sur plateforme Si. Le III-V Lab a ainsi pu développer, ces dernières années, des lasers, modulateurs et amplificateurs optiques basés sur des matériaux III-V intégrés de manière hétérogène sur des plateformes photoniques en silicium [1]. Ces dispositifs ont démontré de bonnes performances en termes de puissance optique, de modulation électro-optique ou de taux d'extinction de modulation élevé. Néanmoins, nous devons continuer à augmenter les performances pour répondre aux besoins des futurs besoins des systèmes de communications optiques. Une nouvelle génération de dispositifs III-V-sur-Si sera développée au cours de cette thèse afin de répondre aux performances attendues.

Dans le cadre de cette thèse, nous développerons des circuits photoniques complexes comprenant : i) plusieurs sources lasers fonctionnant à différentes longueurs d'onde ; ii) des modulateurs électro-optiques très rapides (électro-absorption et électro-réfraction) et iii) une interface optique intégrée pour le multiplexage-démultiplexage des longueurs d'onde. En particulier, l'utilisation d'une large fenêtre spectrale dans la bande des télécommunications permettra une utilisation plus efficace.

Principaux objectifs de la thèse

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d’une étroite collaboration entre le III-V Lab et Telecom SudParis. Par conséquent, l'étudiant ou l’étudiante aura accès aux installations des deux laboratoires de recherche (outils de simulation, laboratoires de recherche, logiciels, etc). Son activité de recherche sera réalisée en relation avec les deux laboratoires.

Cette thèse portera sur le développement d'émetteurs-récepteurs ultra-rapides dans les bandes télécom O et C pour les futurs réseaux de communications optiques. Les dispositifs seront développés à l’aide d’une plate-forme d'intégration hétérogène composée d'hétérostructures III-V collées sur des plaques SOI contenant des circuits photoniques réalisés sur silicium. Pour ces composants, l’application visée concerne le réseau optique passif à haut débit de type HS-PON. Ces travaux feront en particulier l’objet de l’étude et du développement d’émetteurs-récepteurs CWDM à 4 canaux pour des longueurs d’onde allant de λ = 1270 nm à λ = 1330 nm ou à 8 canaux pour des longueurs d’onde allant de λ = 1270 nm à λ = 1410 nm [2].

Pour l'intégration monolithique de tous ces composants photoniques, il est essentiel de s'assurer que les réflexions parasites internes et externes au composant n'affectent pas la stabilité du dispositif. Un laser à semi-conducteur soumis à une rétroaction optique externe peut présenter une grande variété de comportements dynamiques (oscillations périodiques et quasi-périodiques, effondrement de la cohérence ou chaos). En particulier, la rétroaction optique parasite provoque généralement des instabilités qui dégradent les performances initiales de la diode laser. Pour cela, il est important de comprendre le comportement des dispositifs III-V/Si lorsqu'ils sont soumis à différents types de rétroaction optique, et en particulier la sensibilité à la rétroaction optique cohérente et incohérente.

Les principaux objectifs de la thèse comprennent :

- Modélisation et analyse de la dynamique du laser/modulateur d'électro-absorption (EAM) et de ses performances.

- Simulations de dispositifs optiques. L'étudiant apprendra à simuler des dispositifs optiques et à extraire les paramètres les plus importants qui régissent leur fonctionnalité. Des connaissances en simulations optiques seraient appréciées.

- Caractérisations avancées. L'étudiant aura accès aux laboratoires de caractérisation du III-V Lab et de Telecom SudParis. Il effectuera des caractérisations statiques et dynamiques de dispositifs (puissance en fonction du courant, rapidité de modulation, largeur de raie laser, puissance de saturation, gain optique, taux d'extinction des modulateurs sont quelques-uns des paramètres des dispositifs qui seront analysés).

- Étude de l'impact de la rétroaction optique à l'aide de différents dispositifs expérimentaux (régime de rétroaction optique cohérent et incohérent). L'étudiant étudiera théoriquement et expérimentalement le comportement dynamique des dispositifs III-V/Si soumis à une rétroaction optique dans les différents régimes de rétroaction. Il développera des méthodes originales dans lesquelles la rétroaction optique contrôlée sera utilisée pour stabiliser une diode laser chaotique.

Organisation de la thèse:

Première période:

• Modélisation et simulation de dispositifs optiques.
• Caractérisations éléctro-optiques de composants hybrides III-V/Si 1^ère génération
• Développement de montages expérimentaux pour l'évaluation de la robustesse à la rétroaction optique.

Seconde période :

• Caractérisations éléctro-optiques de composants hybrides III-V/Si 2^ème génération
• Modélisation d'un PIC III-V avec rétroaction optique (basée sur les équations de Lang Kobayashi).
• Démonstrateur d'un émetteur intégré III-V/Si CWDM.

Compétences requises:

• Bon niveau d'anglais. L'étudiant ou l’étudiante évoluera dans un environnement international, et un bon niveau d'anglais (parlé et écrit) est donc nécessaire pour la bonne réussite de ce projet.
• Travail d'équipe. L'interaction avec les membres de l'équipe du III-V Lab et de Telecom SudParis sera un atout pendant la thèse. Cette interaction permettra de résoudre d'éventuels défis/problèmes durant la thèse et de forger des relations professionnelles solides avec les chercheurs et les chercheuses des deux laboratoires.
• Motivation : Ce dernier point est au cœur de toute activité de recherche et est donc indispensable pour assurer le bon déroulement de cette thèse.

Informations complémentaires et candidature

• Date limite de candidature : 08/11/2024
  
• Nature du contrat : Doctorat
  
• Catégorie et métier du poste (usage interne): II - T, Contrat doctoral ou A (fonction publique)
• Localisation du poste: Palaiseau (91)
  
• Les postes offerts au recrutement sont ouverts à toutes et tous avec, sur demande, des aménagements pour les candidats en situation de handicap
• Conditions de travail : télétravail possible, restaurant et cafétéria sur site, accessibilité en transport en commun (avec participation de l'employeur) ou proche des axes routiers, association du personnel et association sportive sur le campus
• Personnes à contacter : Kamel MERGHEM ; 01 75 31 45 26