Letteratura scientifica selezionata sul tema "Réseau photonique"

La technologie photonique intégrée sur silicium s’est développée depuis les années 2000 avec comme objectif principal de répondre au besoin croissant du réseau internet en composants d’émission et de réception à très haut débit sur fibre optique. Aujourd’hui, plusieurs fonderies proposent des plateformes matures et des produits sont commercialisés. Une nouvelle génération technologique est développée afin d’élargir les domaines d’application de la transmission au traitement optique de données.

La photonique silicium suit la devise : « plus petit, moins cher, plus rapide », comme la microélectronique plusieurs années auparavant, en exploitant une intégration à très grande échelle des composants et circuits intégrés de plus en plus complexes. L’incroyable évolution des systèmes communicants avec en particulier le déploiement des réseaux Internet et mobiles, des objets connectés et des capteurs a fait émerger la photonique silicium pour répondre à ces nouveaux enjeux majeurs.

L'objet des recherches de ce manuscrit est de caractériser la dynamique de la lumière dans un réseau photonique. Les réseau photoniques sont des plateformes dans lesquels la lumière peut se propager et être analysée en détail. Le réseau photonique est composé de deux anneaux fibrés couplés entre eux. L'évolution de la lumière dans ces anneaux est entièrement décrite par une relation. Celle-ci est particulièrement difficile à obtenir dans son intégralité en une seule mesure. Dans notre étude, nous proposons d'associer un dispositif complémentaire qui va servir de référence pour mesurer entièrement et en une seule fois la relation.Une fois que nous mesurons cette relation, nous analysons sa structure pour décrire des propriétés fondamentales du réseau. Notre dispositif expérimental se montre particulièrement efficace pour étudier différentes formes de relation mais surtout des phénomènes physiques complexes comme la formation d'impulsion de forte puissance ou encore l'interaction entre impulsions
The subject of this manuscript's research is based on the characterization the dynamics of light in a photonic lattice. Photonic lattice are platform where light can propagate and be precisely analysed. The photonic lattice studied is formed by two fiber coupled ring. The evolution of light inside the lattice is fully describe by one relation. This one is especially challenging to be measured in a single measure. In our study, we propose to measure the complet relation into a single measure thanks to an add-on device.When the relation is observed, we analyze its structure to describe fundamental propreties of the lattice. Our experimental device offer the possibility to measure various relation but moreover complex physical phenomena such as high pulses formation, coherents structures or pulses interactions

Cette thèse se décompose en trois parties distinctes : Analyse numérique des matériaux à Bande Interdite Photonique (BIP) métallique, Calcul de la Surface Equivalente Radar (S. E. R. ) d'une antenne et Etude d'un radôme à BIP métallique permettant la réduction de la S. E. R. D'un réseau d'antennes. La caractérisation des matériaux à BIP a été effectuée, dans un premier temps, par le développement d'une méthode de calcul de S. E. R. Semi-analytique et dans un second temps par une étude paramétrique permettant l'évaluation de la réponse fréquentielle du matériau en fonction de sa géométrie. Dans la deuxième partie, il a été montré que le champ diffusé s'exprime pour une charge quelconque en fonction de l'impédance de l'antenne à l'émission et des champs diffusés en circuit ouvert ou en court-circuit. Après, la validation théorique d'un concept de radôme à BIP, des mesures expérimentales ont montré la capacité de ce dernier pour la réduction de la S. E. R. D'un réseau d'antennes.

Le traitement optique de l’information nécessite l’utilisation de dispositifs de diffraction compacts, efficaces et ayant une bonne sélectivité. La solution proposée dans cette thèse consiste à placer un réseau mince en transmission à l’intérieur d’un réseau de Bragg en réflexion, avec le triple avantage d’obtenir, en bord de bande interdite du dispositif, une efficacité de diffraction fortement amplifiée, une sélectivité spectrale largement améliorée et un régime de diffraction de Bragg. Ce principe a été implémenté en deux conceptions : réseaux de Bragg sinusoïdaux à deux dimensions croisés et réseau en transmission sinusoïdal inscrit dans un miroir de Bragg en couches minces déposé sur un autre miroir de Bragg. Un modèle analytique a été élaboré et a permis de montrer l’immense potentiel de tels dispositifs, en termes des propriétés diffractives. Ces conceptions ont été validées par deux types de réalisations expérimentales : deux réseaux perpendiculaires inscrit dans un film de photopolymère par interférence optique, et un réseau en transmission inscrit dans un miroir de Bragg en semi-conducteur (CdMgTe/CdMnTe) par l’absorption de la figure d’interférence de deux faisceaux d’écriture. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les calculs numériques issus du modèle analytique. La comparaison avec le réseau en transmission équivalent seul inscrit dans un milieu homogène montre l’énorme amélioration apportée par nos structurations 2D. Ces résultats sont très encourageants pour les applications au traitement optique de l’information
Optical signal processing requires compact, efficient and selective devices. The solution suggested in this thesis consists in the setting of a thin transmission grating inside a reflection grating or a Bragg mirror, which offer, at the band-edge of the device, the triple advantage of a strongly amplified diffraction efficiency, a largely improved wavelength selectivity and a Bragg diffraction regime. This principle was implemented in two designs: a two-dimensional sinusoidal crossed grating and a transmission grating recorded in a Bragg reflector deposited on another totally reflecting Bragg mirror. These designs were validated by two experimental achievements: a two-dimensional sinusoidal crossed grating recorded in a photopolymer material by optical interference, and a transmission grating recorded in a semiconductor Bragg mirror (CdMgTe/CdMnTe). An analytical model was developed which showed the huge potential of such a device. The experimental results are in good agreement with numerical calculations resulting from our model. The comparison with the equivalent transmission gratings recorded in a homogeneous medium demonstrated the huge improvement in the diffraction properties when the read beam wavelength and incidence correspond to the band edge of the reflection grating or the Bragg mirror and satisfy the transmission grating Bragg condition. These results are very promising for applications in optical signal processing

Ces dernières années, la photonique sur silicium est apparue comme une solution prometteuse pour la fabrication en grande série d'émetteurs-récepteurs optiques répondant aux besoins des centres de données en termes d'augmentation du débit et de coûts réduits. Plusieurs plateformes de photonique sur silicium ont été démontrées en utilisant la technologie Si standard. Bien que ces plateformes diffèrent à bien des égards, elles manquent toutes d'une source de lumière intégrée monolithiquement. Pour résoudre ce problème, l'approche la plus couramment proposée consiste à coller un empilement InP sur une plaque SOI afin de fabriquer un laser hybride III-V/Si. Cependant, aucune des démonstrations n'a été réalisée avec un empilement d’interconnexions métalliques BEOL (Back-End Of Line) standard, empêchant ainsi une intégration électronique-photonique appropriée. Pour résoudre le problème topographique posé par cet ajout de couches, un nouveau schéma d'intégration, appelé intégration Back-Side, a été développé et est présenté dans ce document.Tout d'abord, le contexte de cette étude, un état de l’art ainsi que la présentation du Back-Side est abordé. La nouveauté apportée par cette intégration, à savoir le collage du III-V sur la face arrière du SOI après la structuration de celui-ci, y est alors détaillé.Le bon fonctionnement d’un élément essentiel à la puce photonique, le réseau de couplage, est ensuite abordé à travers des simulations, sa fabrication et des caractérisations optiques. Nous avons prouvé que, sous certaines conditions, ce dispositif possède les mêmes performances mesurées en Back-Side qu’en Front-Side.Le principe de fonctionnement d’une cavité oscillante puis les différents modules composants le laser hybride sont détaillés. Le laser étudié est une cavité hybride DBR (Distributed Bragg Reflector) III-V/Si. Afin d'augmenter le confinement du mode dans le MQWs (Multi Quantum Wells) et donc d'assurer un gain optique élevé, le mode optique est progressivement transféré entre le guide III-V et le guide silicium du laser hybride par des épanouisseurs adiabatiques, structurés dans le SOI de part et d’autre de la zone de gain, pour être enfin réfléchi par les miroirs DBR dans le silicium.Enfin, son processus de fabrication est explicité avant que ses caractérisations opto-électroniques ne soient finalement présentées. Les lasers à pompage électrique ont été testés dans des conditions de courant continu et la lumière générée a été collectée à travers un réseau de couplage par une fibre optique externe multimode. Les pertes de couplage ont été mesurées supérieures à 10 dB. La puissance de sortie est de 1,15 mW à un courant d'injection de 200 mA. Le seuil laser est de 45 mA, ce qui correspond à une densité de courant de 1,5 kA / cm2 et la résistance série des contacts laser est d'environ 9 Ω. La tension de seuil est de 1,45 V. Les spectres lasers reflètent un fonctionnement mono-fréquence, pour différents courants d'injection, avec une longueur d'onde centrale correspondant à la longueur d’onde de Bragg des miroirs. Un SMSR (Side Mode Suppression Ratio) de plus de 35 dB a été mesuré, ce qui prouve la bonne pureté spectrale de ce laser. Un décalage de la longueur d'onde de 4 nm a été observé en injectant un courant de 20 mA dans des chaufferettes métalliques au-dessus des DBRs.L'intégration monolithique d'un laser DBR hybride en face arrière d'une plaque SOI, entièrement compatible CMOS, a été démontrée pour la première fois, la mise en place d'interconnexions électriques compatibles CMOS et de sources optiques sur une même puce a pu être réalisée. Ce dispositif ouvre la voie à un émetteur-récepteur optique entièrement intégré sur une plateforme Si
Recently, Silicon Photonics has emerged as a solution for the mass manufacturing of optical transceivers addressing datacenter’s needs in terms of increasing data-rate and reduced cost. Several Silicon-Photonics platforms have been demonstrated using standard Si technology. While these platforms differ in many regards, they all lack a solution for a monolithically integrated light source. To solve this problem, the most commonly proposed approach consists in bonding an InP-stack onto a Si-wafer in order to fabricate a Hybrid III-V/Si laser. However, none of those demonstrations have been made with a standard CMOS-BEOL, preventing a proper electronic-photonic integration. To solve the topographical problem induced by the additional layers, a new integration scheme, called Back-Side, has been developed and is presented in this document.First, the context of this study, a state of the art as well as the presentation of the Back-Side is discussed. The innovation brought by this integration, namely the bonding of the III-V on the back side of the SOI after the structuring of the latter, is then detailed.The correct behavior of a key element to the photonic chip, the grating coupler, is then treated through simulations, fabrication and optical characterizations. We have proved that, under specific conditions, this device has the same measured performances in Back-Side and in Front-Side.The principle of an optical oscillator and then the various modules composing the hybrid laser are then detailed. The implemented laser is based on a hybrid DBR (Distributed Bragg Reflector) III-V/Si cavity. In order to increase the mode confinement in the MQWS (Multi Quantum Wells) and hence ensure a high optical gain, the optical mode is gradually transferred between the III-V waveguide and the silicon waveguide of the hybrid laser by adiabatic tapers, patterned on both sides of the gain zone, to finally be reflected by the mirrors DBR in the silicon.Finally, its manufacturing process is explained before its opto-electronic characterizations are presented. The electrically pumped lasers have been tested under continuous-wave current conditions and the generated light has been collected through the grating coupler to a multi-mode fiber. The fiber coupling losses has been measured to be higher than 10 dB. The output power is up to 1.15 mW at an injection current of 200 mA. The lasing threshold is 45 mA which corresponds to a current density of 1.5 kA/cm2 and the series resistance of the laser contacts is approximately 9 . The threshold voltage is 1.45 V.The laser spectra reflect its single-wavelength laser operation, for different injection currents, with a central wavelength corresponding to the Bragg wavelength of the mirrors. A Side Mode Suppression Ratio (SMSR) of more than 35 dB has been measured. A 4 nm wavelength shift has been observed when injecting 20 mA into both metallic heaters above DBRs.The monolithic integration of a fully CMOS compatible hybrid DBR laser on the backside of a SOI wafer being demonstrated for the first time, implementing CMOS compatible electric interconnects and optical sources on a same chip has could be achieved. This device opens the route to a fully integrated optical transceiver on a Si platform

Récemment, de nouvelles techniques ont été développées pour la fabrication des réseaux de Bragg à profil complexe. Ces composants photoniques sont utilisés dans plusieurs applications émergentes telles que la compensation de la dispersion pour les systèmes de communication de longue portée, les lasers à fibre, multiplexeurs et détecteurs optiques. Le diagnostic après inscription devrait fournir les informations nécessaires pour l’amélioration de la fabrication des réseaux de Bragg. Nous savons que les propriétés spectrales du réseau de Bragg sont liées au profil d’indice Δn. Les techniques de mesure directes, telles que la diffraction latérale de Krug, permettent de retrouver l’amplitude de modulation d’indice le long du réseau. Cependant, ces techniques sont insensibles aux fluctuations de phase. Une méthode alternative de caractérisation indirecte fondée sur l’algorithme de Layer-Peeling (LP) a été proposée. Toutefois elle ne peut pas être appliquée à la caractérisation des réseaux longs en raison de la propagation du bruit de calcul. Dans cette thèse nous avons présenté une nouvelle technique pour la mesure directe de l’amplitude et de la phase du profil d’indice le long du réseau de Bragg fondée sur la luminescence bleue (LB) induite par l’irradiation UV. Nos résultats expérimentaux de la mesure du profil de modulation d’indice sont en bonne correspondance avec la méthode de Krug. La méthode que nous proposons peut être appliquée à la caractérisation des réseaux longs. Elle permet de retrouver simultanément l’amplitude de modulation d’indice Δnac(z), la fonction du chirp et détecter le changement de l’indice moyen Δndc(z)
N the last decade new techniques were developed for fabrication of sophisticated Fiber Bragg Gratings (FGBs). This has been motivated by the emergence of many applications such as dispersion compensation for long-haul communication systems, DFB fiber lasers, optical add/drop multiplexers, and optical sensors. Post-fabrication diagnostics should provide relevant information to enhance the FBG fabrication process. It is well known that the FBG spectral properties are related to the index profile Δn. Direct measurement techniques, such as the side diffraction method reported by P. Krug, allow determining the index modulation amplitude along the FBG. Nevertheless, these techniques provide no information about phase fluctuations. An alternative method of indirect characterization, based on the Layer-Peeling (LP) algorithm, consists in Bragg grating profile reconstruction from its complex reflectivity. However, the LP method is unstable when applied to characterize long FBGs (>1mm) due to the error propagation effect. In this thesis we have shown the principle of a novel technique for the direct measurement of amplitude and phase variations of the index modulation along an FBG based on the blue luminescence (BL). Our experimental results are in a good agreement with the according Krug characterization. The proposed method of FBG characterization in amplitude and phase using the UV induced BL can be applied to long gratings (up to tens of centimeters) having complex index modulation profiles. It allows retrieving simultaneously the index profile modulation Δnac(z) and the chirp function, localizing phase shifts, and also detecting the mean index change Δndc(z)

La demande sans cesse croissante des besoins des télécommunications a mis en relief les limites intrinsèques de l’électronique. La photonique s’est révélée comme une solution appropriée à ses limitations. STMicroelectronics a développé une plateforme photonique sur silicium dénommée PIC25G permettant une transmission monocanale à 25 Gb/s. Cependant, l’augmentation du débit avec du multiplexage en longueur d’onde (WDM) se heurte à certaines contraintes. La solution suggérée repose sur une approche hybride intégrant la photonique sur silicium et sur verre par échange d’ions développée au laboratoire IMEP LaHC. La solution consiste en un interposeur verre sur lequel est assemblée une puce photonique sur silicium. Les études ont d’abord porté sur les composants de la puce silicium en particulier sur l’optimisation des coupleurs à réseau et les multiplexeurs à base d’interféromètres de Mach Zehnder cascadés. Ensuite, les composants passifs optiques et électriques de l’interposeur verre ont aussi été étudiés et réalisés. La faisabilité d’un couplage optique entre la puce silicium et l’interposeur a été démontrée. Enfin, les structures de tests nécessaires à la validation de la solution proposée ont été étudiées. Ces structures de tests ont permis de transmettre des signaux radiofréquences jusqu’à 40 GHz entre la puce silicium et l’interposeur verre. Une nouvelle approche de fabrication des guides d’onde optiques de l’interposeur a été suggérée et réalisée afin de répondre aux problèmes du procédé de fabrication. A terme, elle permettra d’avoir un module électro-optique pour des applications haut-débit
The ever-increasing demand for telecommunications needs has highlighted the intrinsic limitations of electronics. Photonics has proven to be a suitable solution to its limitations. STMicroelectronics has developed a silicon photonic platform called PIC25G that allows single-channel transmission at 25 Gb/s. The data rate increase with wavelength division multiplexing (WDM) encounter some constraints. The proposed solution is based on a hybrid approach integrating silicon photonics and glass ions exchanged photonics developed at the IMEP-LaHC laboratory. The solution consists of a glass interposer on which a silicon photonics chip is assembled. First, the studies focused on the components of the silicon chip especially on the optimization of grating couplers and (de)-multiplexers based on cascaded Mach Zehnder interferometers. Then, the optical and electrical passive components of the glass interposer were studied and realized. The feasibility of an optical coupling between the silicon chip and the glass interposer has been demonstrated. Finally, the test structures needed to validate the proposed solution were studied. These test structures allowed to transmit radiofrequency signals up to 40 GHz between the silicon chip and the glass interposer. A new approach to realize the optical waveguides of the interposer has been suggested and carried out in order to address the fabrication issues. Ultimately, this approach will provide an electro-optical module for high-speed applications

Au cours des dernières années, la photonique intégrée sur silicium a progressé rapidement. Les modulateurs issus de cette technologie présentent des caractéristiques potentiellement intéressantes pour les systèmes de communication à courte portée. En effet, il est prévu que ces modulateurs pourront être opérés à des vitesses de transmission élevées, tout en limitant le coût de fabrication et la consommation de puissance. Parallèlement, la modulation d’amplitude multi-niveau (PAM) est prometteuse pour ce type de systèmes. Ainsi, ce travail porte sur le développement de modulateurs de silicium pour la transmission de signaux PAM. Dans le premier chapitre, les concepts théoriques nécessaires à la conception de modulateurs de silicium sont présentés. Les modulateurs Mach-Zehnder et les modulateurs à base de réseau de Bragg sont principalement abordés. De plus, les effets électro-optiques dans le silicium, la modulation PAM, les différents types d’électrodes intégrées et la compensation des distorsions par traitement du signal sont détaillés.Dans le deuxième chapitre, un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées est présenté. La segmentation des électrodes permet la génération de signaux optiques PAM à partir de séquences binaires. Cette approche permet d’éliminer l’utilisation de convertisseur numérique-analogique en intégrant cette fonction dans le domaine optique, ce qui vise à réduire le coût du système de communication. Ce chapitre contient la description détaillée du modulateur, les résultats de caractérisation optique et de la caractérisation électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, les tests systèmes incluent l’utilisation de pré-compensation ou de post-compensation du signal sous la forme d’égalisation de la réponse en fréquence pour les formats de modulation PAM-4 et PAM-8 à différents taux binaires. Une vitesse de transmission de 30 Gb/s est démontrée dans les deux cas et ce malgré une limitation importante de la réponse en fréquence suite à l’ajout d’un assemblage des circuits radiofréquences (largeur de bande 3 dB de 8 GHz). Il s’agit de la première démonstration de modulation PAM-8 à l’aide d’un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées. Finalement, les conclusions tirées de ce travail ont mené à la conception d’un deuxième modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées présentement en phase de test, dont les performances montrent un très grand potentiel. Dans le troisième chapitre, un modulateur à réseau de Bragg à deux sauts de phase est présenté. L’utilisation de réseaux de Bragg est une approche encore peu développée pour la modulation. En effet, la réponse spectrale de ces structures peut être contrôlée précisément, une caractéristique intéressante pour la conception de modulateurs. Dans ces travaux, nous proposons l’ajout de deux sauts de phase à un réseau de Bragg uniforme pour obtenir un pic de transmission dans la bande de réflexion de celui-ci. Ainsi, il est possible d’altérer l’amplitude du pic de transmission à l’aide d’une jonction pn. Comme pour le deuxième chapitre, ce chapitre inclut la description détaillée du modulateur, les résultats des caractérisations optique et électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, la caractérisation de jonctions pn à l’aide du modulateur à réseau de Bragg est expliquée. Des vitesses de transmission PAM-4 de 60 Gb/s et OOK de 55 Gb/s sont démontrées après la compensation des distorsions des signaux. À notre connaissance, il s’agit du modulateur à réseau de Bragg le plus rapide à ce jour. De plus, pour la première fois, les performances d’un tel modulateur s’approchent de celles des modulateurs de silicium les plus rapides utilisant des microrésonateurs en anneau ou des interféromètres Mach-Zehnder.
In recent years, silicon photonics has developed quickly. Modulators coming from this technology show potentially interesting characteristics for short reach communication systems. In fact, these modulators are expected to reach high transmission speeds, while limiting the fabrication cost and the systems power consumption. At the same time, pulse amplitude modulation (PAM) is promising for this type of systems. Thus, this work focuses on the development of silicon modulators for the transmission of PAM signals. In the first chapter, the necessary theoretical concepts to silicon modulators designing are presented. Mach-Zehnder modulators and Bragg grating modulators are the main focus of this section. Moreover, the theory surrounding electro-optical effects in silicon, PAM modulation, integrated electrodes and digital signal processing is detailed. In the second chapter, a segmented Mach-Zehnder modulator is presented. The electrodes segmentation enables optical PAM signals generation using binary signaling. This approach eliminates the need for an external digital-to-analog converter by integrating this function in the optical domain, in order to try to lower the communication system cost. This chapter contains a detailed modulator description, optical and electrical characterization results and system tests. Furthermore, the system tests include the application of pre-compensation and post-compensation to the signal by equalizing its frequency response for PAM-4 and PAM-8 modulation formats at different binary rates. A transmission speed of 30 Gb/s is demonstrated in both cases, despite the limited frequency response obtained after the RF circuit packaging was added (8 GHz 3 dB bandwidth). This is the first PAM-8 modulation demonstration using a segmented Mach-Zehnder modulator. Finally, the conclusions from this work have led to a second segmented Mach-Zehnder modulator design currently under test, whose performances are showing great potential. In the third chapter, a dual phase-shift Bragg grating modulator is presented. The use of Bragg gratings for modulation is an approach still largely unexplored. Indeed, the spectral response of these structures can be precisely controlled; an interesting characteristic for modulators. In this work, we propose to add two phase-shifts to a uniform Bragg grating to create a sensitive transmission peak in its reflection band. Thus, the transmission peak amplitude can be changed with the help of a pn junction. Similarly to the second chapter, this chapter includes a detailed modulator description, optical and electrical characterization results and system tests. Additionally, the pn junction characterization using the Bragg grating modulator is explained. Transmission speed up to 60 Gb/s PAM-4 and 55 Gb/s OOK are demonstrated after the compensation of the signal distortions. To our knowledge, this is the fastest Bragg grating modulator demonstrated to the day. urthermore, for the first time, the performances of a Bragg grating modulator are approaching those of the typically faster micro-ring or Mach-Zehnder silicon modulators.

Récemment, de nouvelles techniques ont été développées pour la fabrication des réseaux de Bragg à profil complexe. Ces composants photoniques sont utilisés dans plusieurs applications émergentes telles que la compensation de la dispersion pour les systèmes de communication de longue portée, les lasers à fibre, multiplexeurs et détecteurs optiques. Le diagnostic après inscription devrait fournir les informations nécessaires pour l’amélioration de la fabrication des réseaux de Bragg. Nous savons que les propriétés spectrales du réseau de Bragg sont liées au profil d’indice Δn. Les techniques de mesure directes, telles que la diffraction latérale de Krug, permettent de retrouver l’amplitude de modulation d’indice le long du réseau. Cependant, ces techniques sont insensibles aux fluctuations de phase. Une méthode alternative de caractérisation indirecte fondée sur l’algorithme de Layer-Peeling (LP) a été proposée. Toutefois elle ne peut pas être appliquée à la caractérisation des réseaux longs en raison de la propagation du bruit de calcul. Dans cette thèse nous avons présenté une nouvelle technique pour la mesure directe de l’amplitude et de la phase du profil d’indice le long du réseau de Bragg fondée sur la luminescence bleue (LB) induite par l’irradiation UV. Nos résultats expérimentaux de la mesure du profil de modulation d’indice sont en bonne correspondance avec la méthode de Krug. La méthode que nous proposons peut être appliquée à la caractérisation des réseaux longs. Elle permet de retrouver simultanément l’amplitude de modulation d’indice Δnac(z), la fonction du chirp et détecter le changement de l’indice moyen Δndc(z)
N the last decade new techniques were developed for fabrication of sophisticated Fiber Bragg Gratings (FGBs). This has been motivated by the emergence of many applications such as dispersion compensation for long-haul communication systems, DFB fiber lasers, optical add/drop multiplexers, and optical sensors. Post-fabrication diagnostics should provide relevant information to enhance the FBG fabrication process. It is well known that the FBG spectral properties are related to the index profile Δn. Direct measurement techniques, such as the side diffraction method reported by P. Krug, allow determining the index modulation amplitude along the FBG. Nevertheless, these techniques provide no information about phase fluctuations. An alternative method of indirect characterization, based on the Layer-Peeling (LP) algorithm, consists in Bragg grating profile reconstruction from its complex reflectivity. However, the LP method is unstable when applied to characterize long FBGs (>1mm) due to the error propagation effect. In this thesis we have shown the principle of a novel technique for the direct measurement of amplitude and phase variations of the index modulation along an FBG based on the blue luminescence (BL). Our experimental results are in a good agreement with the according Krug characterization. The proposed method of FBG characterization in amplitude and phase using the UV induced BL can be applied to long gratings (up to tens of centimeters) having complex index modulation profiles. It allows retrieving simultaneously the index profile modulation Δnac(z) and the chirp function, localizing phase shifts, and also detecting the mean index change Δndc(z)

La photonique silicium est un domaine prolifique de l’optique intégrée. Elle permet de miniaturiser de nombreuses fonctionnalités optiques, l’émission laser (en considérant les stratégies d’intégration hybride), la modulation électro-optique, le routage, la détection, pour les télécoms, les LIDAR ou la spectroscopie, la métrologie, les capteurs et laboratoires sur puce, toute en produisant à grande échelle avec une grande précision et à bas coût (grâce au technologies CMOS de la microélectronique). L’optique quantique, quant à elle, souffre d’une grande sensibilité aux vibrations et à l’environnement. Les montages optiques nécessitent stabilité, alignement parfait et un grand nombre d’éléments optiques, ce qui limite son développement à grande échelle. Inversement, tous ces aspects sont naturels en photonique intégrée. Le développement de la photonique quantique est ainsi susceptible de permettre l’implémentation à large échelle de systèmes de clés de cryptage pour les télécoms et le calcul quantique. Les prérequis de la photonique quantique sont globalement plus sévères que ceux de la photonique classique. La génération d’états quantiques nécessite notamment un niveau de réjection de la pompe de plus de 100 dB ; le niveau de bruit photonique ambiant sur la puce est également un facteur à soigner particulièrement dans la mesure où les paires de photons générées par les processus quantiques sont par principe de très faible puissance. Dans ce contexte, cette thèse aborde le développement de composants et de circuits pour la photonique quantique silicium. Le but est de générer des états intriqués en énergie-temps et de pouvoir les manipuler sur une puce. Cela va de la conception à l’utilisation des paires de photons, en passant par la fabrication des circuits intégrés optiques. La qualification des propriétés quantiques est aussi explorée afin de cerner les limitations de la plateforme silicium pour le domaine applicatif visé. L’esprit de ce travail est également de proposer des solutions restantes compatibles avec les canaux de télécommunications standard (ITU), de n’utiliser que des composants fibrés standards pour les connexions à réaliser, tout en restant compatibles avec les techniques de fabrication industrielle des grandes fonderies microélectroniques afin de permettre une future production à grand échelle des circuits photoniques quantiques
Silicon photonics is a dynamic research field of integrated optics. It allows to miniaturize numerous optical functionalities such as lasers, electro-optical modulators, routers, detectors, for telecom wavelengths, LIDAR, sensor, metrology or even spectroscopy, all while been able to propose large scale production high precision technologies. On another side, quantum optics suffers from difficulties to scale optical systems, requires extreme stability, perfect alignment, and many bulky optical elements, while solving these issues follows a natural path in integrated photonics. Development of integrated quantum photonics can thus open the door to cheap, powerful, and scalable systems for quantum cryptography, telecoms, and computation. In a significant way, quantum requirements are not the ones of classical circuits with respect to photonic components and circuits. The generation of quantum states indeed requires more than 100dB of pump laser rejection, while being able to manage ultra-low useful optical signals and get rid of on-chip optical noise. In this context, this thesis is dedicated to the study, dimension, realization, and characterization of silicon photonic components and circuits for quantum optics on a chip. The target goal is to generate entangled states in energy-time and manipulate them on chip. The qualification of the quantum properties is also explored to better understand the limitations of the silicon platform in the followed objectives. Another choice of this work is to stay in telecoms wavelength and aligned with the standard channels (ITU grid), to only use off-the-shelf components, all while been CMOS compatible and compliant with standard fabrication process, this to allow the possibility to produce on large scale

Une horloge à réseau optique combine les avantages de piégeage des horloges à ions et les horloges à atomes neutres. En effet cette configuration idéale permet de réaliser un régime de confinement fort comme le régime Lamb-Dicke tout en travaillant avec un grand nombre d'atomes. Contrairement aux horloges à ions une horloge à réseau optique nécessite des puissances de lasers importantes pour placer les atomes dans le régime Lamb-Dicke, ce qui induit généralement un décalage différentiel des niveaux d'horloge. Cependant le concept de la longueur d'onde magique a permis de supprimer, à premier ordre, les perturbations induites par le piège. Ce mémoire présente les dernières avancées de l'horloge à réseau optique à atomes de mercure du LNE-SYRTE. dans ce mémoire on passe en revue les performances actuelles des différentes horloges optiques actuellement développées, l'accent est mis sur le concept d'horloge à réseau optique et sur les particularités de l'atome de mercure qui rendent de lui un excellent candidats pour la réalisation d'une horloge à réseau optique. La deuxième partie est consacrée à la caractérisation du piège magnéto-optique via un système de détection assez sensible, ce qui nous a permis d'évaluer la température des différents isotopes présents dans PMO ainsi que la mise en évidence d'un refroidissement sub-Doppler des isotopes fermioniques. Suit la réalisation du piégeage des atomes de mercure est une tache redoutable vu la gamme de longueurs d'ondes magiques prédites par la théorie (362±5 nm). La troisième partie présente les aspects expérimentaux de la réalisation et la mise en place de la source laser nécessaire au piégeage des atomes de mercure fonctionnant à la longueur d'onde magique prédite par la théorie. Suit d'une description de la cavité de surtension mise en place pour la réalisation du réseau optique. Tout ce travail a permis de réaliser la première spectroscopie de la transition 1S0 →3 P0 dans le régime Lamb-Dicke pour l'isotope 199Hg. Avec l'utilisation du système laser ultra-stable lié à la référence primaire du LNE-SYRTE, nous avons déterminé la fréquence centrale de la transition pour une large gamme de longueur d'onde et profondeurs du piège et l'analyse de ces mesures nous a permis de réaliser la première détermination expérimentale de la longueur d'onde magique, démontrons ainsi la faisabilité d'une horloge optique à atomes de mercure de haute exactitude.

Par rapport au traitement électrique des données, en passant au domaine optique et aux circuits nanophotoniques la bande passante disponible augmente considérablement, la parallélisation est intrinsèquement possible et le calcul en mémoire peut être réalisé avec des matériaux à changement de phase. Ce chapitre présente les détails et les applications de cette technologie, jusqu’à un réseau neuronal artificiel optique.