Academic literature on the topic 'Commutation tout optique'

La bistabilite tout-optique a la longueur d'onde de 1,55 micron est presentee dans cette etude. Le phenomene de bistabilite est engendre par les effets conjugues de la nonlinearite dispersive du materiau ingaasp situe dans la cavite d'un resonateur fabry-perot, et de la retroaction positive apportee par les miroirs du resonateur. La structure fabry-perot est constituee d'un miroir de bragg alas/gaas accorde en maille sur gaas, d'une cavite inp/ingaasp accordee en maille sur inp et d'un miroir dielectrique. L'association des deux premiers elements cites a necessite le developpement d'une technique dite de collage heteroepitaxial. Cette technique permet d'associer des materiaux a fort desaccord de parametre de maille (3,7% entre le gaas et l'inp), en reconstituant une interface au voisinage de laquelle les dislocations sont localisees. Les caracteristiques de ces dispositifs sont tres bonnes puisque des seuils de bistabilite inferieurs au milliwatt, des contrastes de commutation atteignant 70:1 et de grandes largeurs de boucles d'hysteresis ont ete obtenus. De plus, ces dispositifs ont montre un comportement bistable sur une gamme spectrale superieur a 2,5 nm. Enfin, le couplage d'une fibre dopee monomode et d'un bistable a ete demontre. L'etude de la nonlinearite dispersive de l'alliage quaternaire ingaasp a permis de mettre en evidence la saturation de l'indice nonlineaire. La valeur mesuree de la nonlinearite a montre un bon accord avec les valeurs de la litterature

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude expérimentale des effets quadratiques et la mise à profit pour la réalisation des fonctions tout-optiques ultra-rapides, telles que l'échantillonnage optique à très haute résolution temporelle, la commutation spatiale, le routage et le démultiplexage en longeur d'onde. La première partie de travaux porte sur la réalisation d'un échantillonneur tout-optique basé sur un processus de somme des fréquences type II. L'objectif visé est l'application à la réflectométrie optique à haute résolution spatiale pour des réseaux multimodes courte distance. Les résultats obtenus laissent espérer une résolution spatiale de 1,2 cm dans une future réelle mesure de réflectométrie. La deuxième partie est consacrée sur l'étude de la propagation autoguidée par doublage de fréquence de type II dans un cristal de KTP. Nous rapportons la toute première mesure du contenu énergétique des solitons spatiaux quadratiques, les premières expériences sur leur génération part des ondes incidentes non-colinéaires et la première observation expérimentale de régimes de fusion, de répulsion ou d'enroulement en spirale de deux solitons quadratiques bicolores en fonction de leur phase relative et de l'écart initial entre les trajectoires des faisceaux. Ces études nous ont permis de proposer et caractériser un moyen pour une remise en forme spatiale des faisceaux, un filtre en intensité pour la remise en forme temporelle d'impulsions déformées, un comparateur optique et un système d'adressage tout-optique de un vers douze canaux. Tous ces dispositifs sont capables de fonctionner à très hauts débits (100Gbits/sec). La réalisation et caractérisation d'un laser impulsionnel à modes bloqués émettant simultanément sur plusieurs longueurs d'onde fait l'objet du dernier chapitre de cette thèse. Ceci est la première étape vers la démonstration de la faisabilité d'un dispositif capable d'effectuer un adressage sensible à la longueur d'onde
The goal of this work is the study of the possibilities offered by the quadratic nonlinear effects for the realisation of ultrafast functions for all-optical processing of signals such as optical sampling, all optical switching and routing, wavelength demultiplexing, etc

Cette these s'inscrit dans le theme du traitement ultra-rapide tout-optique du signal. Il s'agit en effet d'une etude spatio-temporelle d'un commutateur a couche mince non-lineaire, base sur une etude du comportement d'un dioptre non-lineaire de kerr. Le present travail constitue un net progres, grace a l'emploi d'un polymere non-lineaire en couche mince. Des commutations reversibles et reproductibles de 10 a 40% du faisceau laser incident ont ete observees. Les courbes experimentales representant la progression de la transmittance de la couche mince en fonction de l'intensite incidente sont sensiblement en accord avec les previsions des simulations numeriques. Le principal ecart, par rapport au modele theorique, provient de la degradation de l'effet kerr, avec le temps. De plus, on observe une non-linearite negative lente, attribuee a une photo-isomerisation, lorsque l'intensite incidente atteint un pallier. Aussi, les resultats spectaculaires obtenus, en termes de commutation, doivent etre relativises a cause de cette instabilite du materiau polymere, par ailleurs performant. Dans le but de stabiliser l'effet, nous avons commence une collaboration, notamment avec des organiciens orientes materiaux, et elabore des techniques de caracterisation derivees des methodes z-scan, pour determiner le signe, la valeur et le temps de relaxation des non-linearites. Validees par l'experience dans le cas du bisulfure de carbone, ces methodes sont simples et leur precision suffisante pour les applications potentielles. Ce type de dispositif permettrait de realiser des fonctions de parallelisme, grace au codage d'adresse en intensite, utiles dans les telecommunications optiques. Concernant les fonctions de l'electronique, les resultats obtenus autorisent a envisager la realisation de portes logiques ultra-rapides, ou et et. Insistant sur les interpretations des non-linearites, presentant des resultats numeriques et experimentaux ainsi que des techniques originales de caracterisation des milieux non-lineaires, ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement tout-optique du signal a haut debit par des techniques non-lineaires

Cette thèse est consacrée à l'étude des absorbants saturables à multipuits quantiques (MPQ) InGaAs/InP dopés fer. Les non-linéarités de l'absorption excitonique sont exploitées pour la régénération tout-optique du signal à 1. 55mm. Un modèle théorique permet de calculer les propriétés optiques non-linéaires des puits quantiques. L'efficacité du dopage fer des MPQ à réduire le temps de relaxation de l'absorption est démontrée expérimentalement et expliquée par un modèle dynamique de la capture des porteurs par les atomes de fer. L'insertion des MPQ dopés fer en microcavité, à mode accordé à la résonance excitonique, réduit la puissance de commande optique d'un facteur 50 et permet d'obtenir un contraste de 8dB. Un tel contraste augmente la distance de propagation de plus de 1000km pour un signal numérique à 10 Gb/s. Le temps de réponse peut être réduit à une valeur record de 290fs, tout en gardant un contraste de 5dB
This thesis deals with the study of saturable absorbers based on Fe-doped InGaAs/InP multiple quantum wells (MQW). The non-linear optical properties of excitonic absorption are exploited for all-optical regeneration at 1. 55mm. A numerical model is developed for the calculation of the non-linear optical properties of MQW structures. The efficiency of Fe doping to shorten the absorption relaxation time is experimentally demonstrated and explained by a dynamic model of the carriers capture by Fe atoms. The insertion of Fe doped MQW into a microcavity, which resonance is matched to excitonic transition, reduces the switching energy by a 50-factor and enhances the contrast ratio (CR) to 8dB. Such a CR value increases the transmission distance of a numerical signal by more than 1000km at 10Gb/s, with a constant transmission quality. The response time can be reduced to 290fs and the CR stays at a relatively high value of 5dB

Cette thèse est consacrée à l'étude des absorbants saturables à multipuits quantiques (MPQ) InGaAs/InP dopés fer. Les non-linéarités de l'absorption excitonique sont exploitées pour la régénération tout-optique du signal à 1.55mm. Un modèle théorique permet de calculer les propriétés optiques non-linéaires des puits quantiques. L'efficacité du dopage fer des MPQ à réduire le temps de relaxation de l'absorption est démontrée expérimentalement et expliquée par un modèle dynamique de la capture des porteurs par les atomes de fer. L'insertion des MPQ dopés fer en microcavité, à mode accordé à la résonance excitonique, réduit la puissance de commande optique d'un facteur 50 et permet d'obtenir un contraste de 8dB. Un tel contraste augmente la distance de propagation de plus de 1000km pour un signal numérique à 10 Gb/s. Le temps de réponse peut être réduit à une valeur record de 290fs, tout en gardant un contraste de 5dB.

Il est possible de modifier en quelques picosecondes les fréquences de résonance d’une microcavité optique semiconductrice en injectant optiquement des porteurs de charge dans le semiconducteur. Dans cette thèse, nous étudions en détail de tels évènements de commutation tout-optique pour des cavités planaires et des cavités en forme de micropilier à base de GaAs/AlAs, en utilisant l’émission de boîtes quantiques intégrées dans ces cavités comme source interne de lumière pour sonder la fréquence des modes résonnants en fonction du temps. Des décalages en fréquence très conséquents, de l’ordre de 34 fois la largeur du mode considéré, sont obtenus après optimisation. Nous réalisons une commutation différentielle des modes d’un micropilier en injectant les porteurs de manière très localisée, et modélisons les comportements observés en prenant en compte la distribution des porteurs injectés ainsi que leur diffusion et leur recombinaison en fonction du temps. Nous étudions par ailleurs deux applications potentielles importantes de la commutation ultrarapide de cavité. D’une part, nous modélisons le changement de couleur qui est induit sur de la lumière piégée dans un mode de cavité lors d’un évènement de commutation. Nous montrons que pour une cavité planaire optimisée, une telle conversion de fréquence peut être réalisée de façon très efficace. D’autre part, la commutation de cavité peut aussi être employée pour contrôler en temps réel l’émission spontanée d’émetteurs intégrés, et plus généralement tous les effets d’électrodynamique quantique en cavité. Nous présentons la génération d’impulsions de lumière incohérente de quelques picosecondes seulement, en utilisant l’émission spontanée de boîtes quantiques dans un micropilier commuté. Nous montrons aussi par une étude théorique qu’il est possible de donner une forme choisie aux impulsions à un photon émises par une boîte quantique, ce qui ouvre des applications intéressantes dans le domaine des liens optiques quantiques et du traitement quantique photonique de l’information
The resonance wavelengths of semiconductor optical microcavities can be changed within few picoseconds through the optical injection of free charge carriers. In this PhD thesis, we study in detail such “cavity switching” events for GaAs/AlAs planar and micropillar cavities, using the spontaneous emission of embedded QDs as an internal light source to probe the time-dependent frequencies of the cavity modes. Switching amplitudes as large as 34 mode linewidths are observed for optimized pumping conditions. Differential switching of micropillar modes is achieved by performing a localized injection of charge carriers, and modeled by taking into account their injection profile, diffusion and recombination processes. We investigate two important potential applications of cavity switching in the field of quantum optics. On one hand, we model the frequency conversion of light trapped in a cavity mode, which is induced by a switching event, and show that adiabatic and highly efficient frequency conversion can be achieved in properly designed planar cavities. On the other hand, cavity switching appears as a powerful resource to control in real-time the spontaneous emission of embedded emitters and more generally CQED effects. As a first example, we demonstrate the generation of few picosecond short pulses of incoherent light, using the spontaneous emission of switched QD-micropillars. We also show theoretically that cavity switching can be used to shape the time-envelope of single photon pulses emitted by a single QD, which is highly desirable for quantum-optical links and photonic quantum information processing

On a réalisé la démonstration d'une commutation spatiale de données d'une entrée vers 64 sorties par voie tout optique. Les composants originaux utilises sont une matrice de modulateurs a puits quantiques multiples en technologie gaalas a 64 éléments et une structure bistable optique de même technologie. Le principal résultat est le fonctionnement complet du démonstrateur voie par voie a la fréquence d'horloge de 20mhz (taux d'erreur inférieur a 1%). Les limitations viennent de la stabilité du laser et des non uniformités lors de la croissance epitaxiale des composants.

L'expansion rapide en termes d'échelle et de complexité des dispositifs électroniques pour les applications d'apprentissage automatique et d'intelligence artificielle actuelles engendre une demande considérable en nouvelles architectures. L'industrie est activement à la recherche de nouvelle génération de mémoires et de stockage capables d'offrir vitesse, densité, et une meilleure efficacité énergétique. Les mémoires non volatile magnétorésistive (MRAM), dont les états magnétiques permettent de stocker l'information suscitent un intérêt grandissant. Jusqu'à présent la direction d'aimantation de matériaux ferromagnétique définissaient l'état magnétique. Cependant, les matériaux antiferromagnétiques ne possédant quasiment pas d'aimantation sont intéressant puisqu'ils ne sont pas sensibles aux champs magnétiques externes. Cette caractéristique permet de minimiser l'influence d'interactions dipolaires entre des dispositifs adjacents, favorisant ainsi une intégration plus dense. De plus les matériaux antiferromagnétiques présentent une dynamique à haute fréquence allant jusqu'à la gamme des térahertz, ce qui ouvre théoriquement la possibilité de vitesses d'écriture plus élevées que les dispositifs ferromagnétiques. Toutefois, des dispositifs à aimantation nulle rendent la manipulation et la détection de l'état mémoire complexe par des méthodes classiques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons démontré le renversement du couplage d'échange ou exchange bias dans des héterostructures ferromagnétique/antiferromagnétique au sein de jonctions magnétiques à tunnel à trois terminaux, parvenant ainsi à détecter électriquement une couche antiferromagnétique via une variation de magnétorésistance tunnel de 80 %, soit deux ordres de grandeur plus importantes que les résultats publiés précédemment. Ici, la configuration magnétique de la couche antiferromagnétique (IrMn) impacte la couche libre ferromagnétique de CoFeB. De plus, nous avons pu démontrer un retournement d'aimantation rapide dépendant de la polarité du courant, en 0,8 ns. Nous avons pu identifier deux mécanismes de basculement, à savoir le mode chauffage et le mode induit par le couple spin-orbite, en fonction de la largeur d'impulsion du courant. Le second cas est en accord avec des simulations numériques, suggérant que le couple spin-orbite généré par le Pt induit la précession de l'IrMn, tandis que le couplage d'échange à l'interface IrMn/CoFeB détermine la polarité de basculement de l'IrMn. De plus, dans des structures IrMn/CoGd, nous avons étudier le couplage d'échange perpendiculaire en variant les épaisseurs d'IrMn et les concentrations de CoGd. Nous avons pu démontrer dans une structure optimisée, le retournement du couplage d'échange avec une seule impulsion laser femtoseconde. Par ailleurs, nous avons analysé l'impact de la fluence laser et du nombre pulse laser sur l'évolution du couplage d'échange. Grace a des mesures pompe-sonde, nous avons pu démontrer le retournement du couplage d'échange en moins de 100 ps. Ces résultats ont pu être reproduit par des simulations atomistiques prenant en compte la structure des grains des films d'IrMn polycristallins et l'état amorphe des couches d'alliage de CoGd. L'IrMn montre une désaimantation plus rapide que les matériaux ferromagnétiques, chaque grain d'IrMn parvenant à se réaimanter en un état monodomaine en seulement 2 ps. En conclusion le couplage d'échange peut être manipuler grâce à un courant électrique ou une impulsion optique ultra brève sans champ magnétique appliqué et pour des dispositifs ayant une bonne stabilité thermique, ce qui en fait une solution intéressantes pour diverses applications
The rapid growth in scale and complexity of neural network architectures in today's machine learning and artificial intelligence applications is creating a significant demand for advanced hardware solutions. The semiconductor industry is actively seeking next-generation storage technologies that can offer improved speed, density, power consumption, and scalability. One such technology that shows great promise for high-performance data storage and processing is magnetoresistive random access memory (MRAM), which stores information in the magnetic state of materials. However, with the continuous requirement of high-density and ultrafast scenarios, antiferromagnet as the basic unit of MRAM shows obvious advantages. Antiferromagnetic materials have negligible macroscopic magnetism, making them highly robust to external magnetic fields. This property also allows for the absence of dipole interactions between adjacent bits, enabling higher-density integration. Additionally, antiferromagnetic materials exhibit high-frequency dynamics up to the terahertz range, theoretically enabling faster write speeds than ferromagnetic devices. However, such fully compensated magnetic moments make the magnetization state of the antiferromagnetic material difficult to manipulate and detect by traditional electrical methods. In this thesis, we demonstrate the antiferromagnetic exchange bias switching in three-terminal magnetic tunnel junctions and achieve electrical detection of antiferromagnetism by the tunnelling magnetoresistance with a ratio over 80%, which is two orders larger than previous methods. This is achieved by imprinting the state of antiferromagnet IrMn on the CoFeB free layer. We further realize current polarity-dependent switching, rather than current orientation-dependent switching of IrMn down to 0.8 ns. We identify two switching mechanisms, the heating mode and the spin-orbit torque driven mode, depending on the current pulse width. The latter case is supported by numerical simulations, which suggest that spin-orbit torque generated by Pt induces the precession of IrMn and exchange coupling at the IrMn/CoFeB interface determines the switching polarity of IrMn. Furthermore, to break the ferromagnetic and electrical write speed limit and further explore the antiferromagnetic switching speed, we experimentally realize exchange bias switching by a single femtosecond laser pulse. In the IrMn/CoGd structure, the perpendicular exchange bias is investigated for different IrMn thicknesses and CoGd concentrations. Using the optimized structure, the exchange bias was switched under a single femtosecond laser, and the dependence of the exchange bias variations with different laser fluence and pulse numbers was detailed investigated. The pump-probe time-resolved measurement is used to demonstrate the exchange bias switching time scale of less than 100 ps. The grain structure of polycrystalline IrMn films and the amorphous state of CoGd alloy layers are accurately described using atomistic simulations. The IrMn exhibits a faster demagnetization than ferromagnetic materials and each IrMn grain remagnetizing to a single-domain state in only 2 ps. In addition, the different grains of IrMn exhibit independent and stochastic probabilistic switching in the ultrafast time scale. The electrical and all-optical manipulation of exchange bias system allows ultrafast, field-free and energy-efficient control of antiferromagnet with high ordering temperature and thermal stability, making it highly suited to applications

L'objectif de ce travail était double: d'une part la reconnaissance de label des paquets optiques en utilisant les fonctions logiques tout-optiques, et d'autre part la conception et la réalisation partielle des commutateurs (optoélectronique et tout-optique) de paquet. Le commutateur optoélectronique est composé d'un convertisseur de temps-longueur d'ondes de 4-bit. Les bits ont été ralentis, parallélisés, puis convertis en électronique via les photo-détecteurs. Un convertisseur analogique-numérique est utilisé pour chaque bit afin de le digitaliser et de l'égaliser. Les bits digitalisés du labelsont traités dans un FPGA afin de produire les signaux de commande correspondant pour le commutateur. Dans le commutateur tout-optique, 3-bits du label, parallélisés via le convertisseur temps-longueur d'onde, sont traités par un décodeur tout optique afin de produire 8 impulsions diff´erentes de la commande. Ces impulsions de commandes ont servi dans huit bascules optiques afin de g´en´erer huit longueurs d'ondes différentes. Ainsi, pour chaque combinaison de bits du label, une seule longueur d'ondes différente est produite. De nouvelles architectures optiques permettant de réaliser les fonctions logiques à 10 Gbit/s avec l'amplificateur optique à semiconducteur (SOA) sont présentées. Des fonctions logiques complexes telles que le demi-additionneur, le convertisseur temps-longueur d'onde et le décodeur ont été démontrées à base de ces fonctions logiques. Les phénomènes non-linéaires dans un SOA tels que le mélange à quatre ondes, la modulation croisée de phase, la modulation croisée de la polarisation ont été utilisés pour réaliser ces portes et ces fonctions logiques.