Photonique guidée pour les systèmes embarqués

La croissance continue de la complexité des systèmes d’information rend inévitable le développement de schémas technologiques pour lesquels différents matériaux et types de dispositifs sont intégrés de manière compacte. Cela permet de générer et de combiner/interconnecter une large variété de fonctionnalités tout en réduisant le coût du processus de fabrication.

L’activité de ce groupe projet porte sur le développement de nouveaux concepts en optique intégrée tel que les guides Half Etch Slot [1,2,3] et Slot ARROW [4] qui permettent de guider de la lumière dans des matériaux reportés sur des substrats de silicium quel que soit leurs indices de réfraction (voir figure 1) en utilisant des procédés technologiques planaires de la microélectronique.

nouveaux-concept-optique-intégrés

Les 3 images du haut représentent de gauche à droite le profil d’indices de réfraction d’un guide half etch slot, le profil du mode quasi-TM et réalisation d’un modulateur Mach-Zehnder. Les images du bas représentent de gauche à droite le profil d’indice de réfraction d’un guide slot ARROW, le profil du mode quasi-TE et la première démonstration expérimentale de la propagation du mode à lambda = 1.55 µm.

 

Il s’appuie sur le développement en interne :

  • d’outils de modélisation (finite Difference Full Vectorial mode solver, Mode Matching Method and Fourier Modal Method) pour la conception de briques de base pour le routage optique,
  • de procédés de fabrication s’appuyant sur la plateforme technologique NanoLyon (lithographie ebeam, laser et holographie, dépôts ALD, PECVD et sputtering, gravure RIE et ICP)
  • de bancs de caractérisation (linéaire, non linéaire, en fonction de la température et de la polarisation).

Il faut noter que cet axe se développe en étroite collaboration avec ST Microelectronics et l’UMI de l’université de Sherbrooke.

Cette opération, largement engagée dans le cadre du programme Européen SITOGA pour la réalisation de modulateurs utilisant le concept de guide HES et IPCEI pour des applications capteurs (bio-photonique et accéléromètre).

Publications représentatives

[1] P. Castera, A. M. Gutierrez, D. Tulli, S. Cueff, R. Orobtchouk, P. Rojo Romeo, G. Saint-Girons, P. Sanchis, “Electro-Optical Modulation based on Pockels effect in BaTiO3 with a Multi-Domain Structure”, IEEE Photonics Technology Letters , Vol. 28(6), pp. 990-993, 2016.

[2] X. Hu, S. Cueff, P. Rojo Romeo, R. Orobtchouk, “Modeling the anisotropic electro-optic interaction in hybrid silicon-ferroelectric optical modulator”, Optics Express, Vol. 23, pp. 1699-1714, 2015.

[3] R. Orobtchouk, A. Belarouci, B. Vilquin, P. Rojo Romeo, “Efficient integration of low refractive index active materials on CMOS compatible photonics platform based on half etch slot waveguide”, Photonics North, 21-23 May 2019 (Invited paper).

[4] R. Orobtchouk, “Nouveau guide d’optique intégrée utilisant une combinaison d’effets SLOT ARROW”, brevet n° FR1555755 du 23 juin 2015.

Membres du groupe

  • Coordinateur : Régis Orobtchouk
  • Permanents : A. Belarouci, P. Rojo Romeo, S. Cueff, C. Monat, C. Grillet
  • PhD : M. Calvo, E. Kempf
INL CNRS
modulateur Mach-Zehnder