FR3126510A1 - Puce photonique pourvue d’un ou deux modulateurs mach zehnder - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un puce photonique (10) comprenant : - une couche guide d’onde; - un ou deux modulateurs Mach Zehnder (100) formés sur et/ou dans la couche guide d’onde, comprenant une première branche (101) et une deuxième branche (102), les branches étant disposées entre une entrée optique (112) et une sortie optique (113), de sorte qu’un rayonnement lumineux injecté au niveau de l’entrée optique (112) soit divisé en un premier rayonnement et un deuxième rayonnement, ensuite recombinés au niveau de la sortie optique (113), chaque branche de modulation étant configurée pour moduler la phase d’un rayonnement lumineux ; la puce optique comprend au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs (114, 115) agencés pour amplifier séparément le premier rayonnement et le deuxième rayonnement avant leur recombinaison au niveau de la sortie optique (113). Figur e 4

Description

PUCE PHOTONIQUE POURVUE D’UN OU DEUX MODULATEURS MACH ZEHNDER
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine de la photonique et plus particulièrement des puces photoniques intégrées.
Notamment, l’invention concerne une puce photonique pourvue d’un modulateur Mach Zehnder et pour lequel les pertes d’insertion sont compensées par deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs.
Selon la présente invention, les amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs sont agencés de manière limiter les effets négatifs relatifs à l’amplification d’un signal optique modulé en intensité.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
La représente un dispositif Mach Zehnder 1 connu de l’état de la technique. Le dispositif Mach Zehnder 1 comprend notamment deux branches de modulation, dites première branche 2 et deuxième branche 3, reliées par l’une de leur extrémité par une entrée optique 4 et par l’autre de leur extrémité par une sortie optique 5.
Notamment, les deux branches de modulation 2 et 3 sont agencées de sorte qu’un rayonnement lumineux injecté au niveau de l’entrée optique 4 soit divisé en un premier rayonnement et un deuxième rayonnement guidés, respectivement, par la première branche 2 et la deuxième branche 3, et de sorte que ledit premier rayonnement et ledit deuxième rayonnement soient recombinés au niveau de la sortie optique.
Le dispositif est également pourvu de deux modulateurs de phase, dit premier modulateur 6 et deuxième modulateur 7 destinés à imposer un déphasage, respectivement, au premier rayonnement et au deuxième rayonnement avant leur recombinaison au niveau de la sortie optique 5. La modification de la phase de l’un et/ou l’autre du premier et du deuxième rayonnement permet notamment de moduler l’intensité du rayonnement recombiné en sortie du dispositif Mach Zehnder.
Néanmoins, un tel dispositif Mach Zehnder 1 est sujet à des pertes, et plus particulièrement à des pertes liées aux pertes des modulateurs de phase 6 et 7, qui en réduisent les performances.
Aussi, afin de pallier ce problème, il est considéré d’adjoindre au dispositif Mach Zehnder un amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs (« Semiconductor Optical Amplificator » ou « SOA » selon la terminologie Anglo-Saxonne) afin d’amplifier le rayonnement recombiné. A cet égard, le document [1] cité à la fin de la description divulgue un dispositif Mach Zehnder pourvu d’un amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs disposé en aval de la sortie optique 5 dudit dispositif.
Toutefois, cet agencement n’est pas satisfaisant. En effet, et tel qu’indiqué dans le document [2] cité à la fin de la description, le gain optique G d’un amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs n’est pas linéaire. Plus particulièrement, le gain optique G diminue lorsque la puissance optique injectée en entrée dudit amplificateur croit de sorte que la puissance délivrée en sortie de l’amplificateur optique à matériaux semi-conducteur ne peut excéder une puissance de saturation. Ce comportement non linéaire donne ainsi lieu à des distorsions du signal modulé en intensité amplifié par le SOA. Par ailleurs, par effet de couplage ‘amplitude/ phase’ connu et quantifié par l’homme du métier par le ‘facteur de Henry’ dans les composants à semi-conducteurs III-V SOAs ou lasers, les fortes variations d’intensité optique donnent lieu à des variations de phase, et par voie de conséquence, altèrent également un signal modulé en intensité et en phase, en distordant également la modulation de phase.
Ainsi, un but de la présente invention est de proposer une puce photonique pourvue d’au moins un modulateur Mach Zehnder dont le signal optique peut être amplifié sans pour autant imposer une distorsion du signal modulé.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
Le but de l’invention est atteint par une puce photonique comprenant :
- un substrat support pourvu d’une face avant ;
- une couche guide d’onde reposant sur la face avant ;
- un ou deux modulateurs Mach Zehnder formés sur et/ou dans la couche guide d’onde, comprenant chacun deux branches de modulation, dites première branche et deuxième branche, les branches de modulation étant disposées entre une entrée optique et une sortie optique, de sorte qu’un rayonnement lumineux injecté au niveau de l’entrée optique soit divisé en un premier rayonnement et un deuxième rayonnement destinés à être guidés par le ou les modulateurs Mach Zehnder, et soient ensuite recombinés au niveau de la sortie optique, chaque branche de modulation étant configurée pour moduler la phase d’un rayonnement lumineux que ladite branche de modulation est susceptible de guider ;
la puce optique étant remarquable en ce qu’elle comprend au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs agencés pour amplifier séparément le premier rayonnement et le deuxième rayonnement avant leur recombinaison au niveau de la sortie optique.
Selon un mode de réalisation, chacune des deux branches de modulation comprend une section de modulation formée par un guide d’onde, dit guide d’onde de modulation, et un élément de modulation, avantageusement l’élément de modulation comprend au moins une électrode, l’élément de modulation étant configuré pour moduler la phase d’un rayonnement susceptible d’être guidé par le guide d’onde de modulation, la deuxième branche comprenant également un module de déphasage configuré pour imposer un déphasage fixe à un rayonnement lumineux susceptible d’être guidé par ladite deuxième branche.
Selon un mode de réalisation, le ou les modulateurs Mach Zehnder comprend un unique modulateur Mach Zehnder, la première branche et la deuxième branche de l’unique modulateur Mach Zehnder étant reliées, par l’une de leurs extrémités, par l’entrée optique et, par l’autre de leurs extrémités, par la sortie optique de sorte que le premier rayonnement et le deuxième rayonnement soient guidés, respectivement, par la première branche et par la deuxième branche.
Selon un mode de réalisation, les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs comprennent un premier amplificateur et un deuxième amplificateur disposés respectivement sur la première branche et sur la deuxième branche, le premier amplificateur et le deuxième amplificateur étant configurés pour amplifier, respectivement, le premier rayonnement et le deuxième rayonnement.
Selon un mode de réalisation, l’amplificateur à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation est disposé en aval de la section de modulation de la branche de modulation considérée.
Selon un mode de réalisation, l’amplificateur à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation est disposé en amont de la section de modulation de la branche de modulation considérée.
Selon un mode de réalisation, le ou les modulateur Mach Zehnder comprend deux modulateurs Mach Zehnder dits, respectivement, modulateur I et modulateur Q de sorte que la puce photonique forme un modulateur IQ, la première branche et la deuxième branche du modulateur I étant reliées, par une de leurs extrémités, par une entrée optique intermédiaire dite entrée I, et, par l’autre de leurs extrémités, par une sortie optique intermédiaire dite sortie I, la première branche et la deuxième branche du modulateur Q étant reliées, par une de leurs extrémités, par une autre entrée optique intermédiaire dite entrée Q, et, par l’autre de leurs extrémités, par une autre sortie optique intermédiaire dite sortie Q.
Selon un mode de réalisation, ladite puce photonique comprend un diviseur de rayonnement et un combineur de rayonnement, le diviseur de rayonnement comprenant deux guides d’onde dits, respectivement, guide d’entrée I et guide d’entrée Q, le guide d’entrée I et le guide d’entrée Q reliant l’entrée optique avec, respectivement, l’entrée I et l’entrée Q, de sorte que le premier rayonnement et le deuxième rayonnement soient injectés au niveau de, respectivement, l’entrée I et l’entrée Q, le combineur de rayonnement comprenant deux guides d’onde dits, respectivement, guide de sortie I et guide de sortie Q, le guide de sortie I et le guide de sortie Q reliant la sortie optique avec, respectivement, la sortie I et la sortie Q.
Selon un mode de réalisation, les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs comprennent un premier amplificateur I, un deuxième amplificateur I, un premier amplificateur Q et un deuxième amplificateur Q, le premier amplificateur I, le deuxième amplificateur I sont disposés respectivement sur la première branche et sur la deuxième branche du modulateur I, tandis que le premier amplificateur Q et le deuxième amplificateur Q sont disposés respectivement sur la première branche et sur la deuxième branche du modulateur Q.
Selon un mode de réalisation, l’amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation d’un modulateur Mach Zehnder est disposé entre la section de modulation de la branche de modulation considérée et la sortie optique intermédiaire dudit modulateur Mach Zehnder.
Selon un mode de réalisation, l’amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation d’un modulateur Mach Zehnder est disposé entre la section de modulation de la branche de modulation considérée et l’entrée optique intermédiaire dudit modulateur Mach Zehnder.
Selon un mode de réalisation, les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs comprennent un amplificateur I et un amplificateur Q portés, respectivement, par le guide de sortie I et le guide de sortie Q.
Selon un mode de réalisation, ladite puce photonique comprend en outre un autre module de déphasage configuré pour imposer un autre déphasage fixe à un rayonnement lumineux entre la sortie Q et la sortie optique.
Selon un mode de réalisation, le guide d’onde de modulation comprend du silicium, avantageusement du silicium dopé, encore plus avantageusement une jonction PN le long du guide d’onde en Silicium.
Selon un mode de réalisation, les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteur comprend un guide d’onde fait de matériaux semi-conducteurs III-V.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
La est une représentation schématique d’un dispositif Mach Zehnder 1 connu de l’état de la technique ;
La est une représentation schématique d’un dispositif Mach Zehnder susceptible d’être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention ;
La est une représentation schématique d’un substrat support sur une face duquel repose la couche guide d’onde, et selon un plan de coupe perpendiculaire à la face avant ;
La est une représentation schématique d’un puce photonique selon une première variante d’un premier mode de réalisation de la présente invention, le puce photonique selon ce premier mode de réalisation comprend notamment un unique modulateur Mach Zehnder et deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs ;
La est une représentation schématique d’un puce photonique selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de la présente invention, le puce photonique selon ce premier mode de réalisation comprend notamment un unique modulateur Mach Zehnder et deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs ;
La est une représentation schématique d’un puce photonique selon une première variante d’un deuxième mode de réalisation de la présente invention, le puce photonique selon ce deuxième mode de réalisation comprend notamment deux modulateurs Mach Zehnder et quatre amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs ;
La est une représentation schématique d’un puce photonique selon une deuxième variante d’un deuxième mode de réalisation de la présente invention, le puce photonique selon ce deuxième mode de réalisation comprend notamment deux modulateurs Mach Zehnder et quatre amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs ;
La représente la puce photonique de la associée à un module intermédiaire ;
La est une représentation schématique d’un puce photonique selon un troisième mode de réalisation de la présente invention, le puce photonique selon ce troisième mode de réalisation comprend notamment deux modulateurs Mach Zehnder et deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs.

Claims (15)

  1. Puce photonique (10) comprenant :
    - un substrat support (300) pourvu d’une face avant (310) ;
    - une couche guide d’onde (200) reposant sur la face avant ;
    - un ou deux modulateurs Mach Zehnder (100, 100a, 100b) formés sur et/ou dans la couche guide d’onde, comprenant chacun deux branches de modulation, dites première branche (101, 101a, 101b) et deuxième branche (102, 102a, 102b), les branches de modulation étant disposées entre une entrée optique (112) et une sortie optique (113), de sorte qu’un rayonnement lumineux injecté au niveau de l’entrée optique (112) soit divisé en un premier rayonnement et un deuxième rayonnement destinés à être guidés par le ou les modulateurs Mach Zehnder (100, 100a, 100b), et soient ensuite recombinés au niveau de la sortie optique (113), chaque branche de modulation étant configurée pour moduler la phase d’un rayonnement lumineux que ladite branche de modulation est susceptible de guider ;
    la puce photoniqueétant caractérisée en ce qu ’elle comprend au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs (114, 114a, 114b, 114c, 115, 115a, 115b, 115c) agencés pour amplifier séparément le premier rayonnement et le deuxième rayonnement avant leur recombinaison au niveau de la sortie optique (113).
  2. Puce photonique selon la revendication 1, dans laquelle chacune des deux branches de modulation comprend une section de modulation (105, 105a, 105b, 106, 106a, 106b) formée par un guide d’onde, dit guide d’onde de modulation, et un élément de modulation, avantageusement l’élément de modulation comprend au moins une électrode, l’élément de modulation étant configuré pour moduler la phase d’un rayonnement susceptible d’être guidé par le guide d’onde de modulation, la deuxième branche (102, 102a, 102b) comprenant également un module de déphasage (107, 107a, 107b) configuré pour imposer un déphasage fixe à un rayonnement lumineux susceptible d’être guidé par ladite deuxième branche (102, 102a, 102b).
  3. Puce photonique selon la revendication 2, dans laquelle le ou les modulateurs Mach Zehnder (100) comprend un unique modulateur Mach Zehnder (100), la première branche (101) et la deuxième branche (102) de l’unique modulateur Mach Zehnder (100) étant reliées, par l’une de leurs extrémités, par l’entrée optique (112) et, par l’autre de leurs extrémités, par la sortie optique (113) de sorte que le premier rayonnement et le deuxième rayonnement soient guidés, respectivement, par la première branche (101) et par la deuxième branche (102).
  4. Puce photonique selon la revendication 3, dans laquelle les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs comprennent un premier amplificateur (114) et un deuxième amplificateur (115) disposés respectivement sur la première branche (101) et sur la deuxième branche (102), le premier amplificateur (114) et le deuxième amplificateur (115) étant configurés pour amplifier, respectivement, le premier rayonnement et le deuxième rayonnement.
  5. Puce photonique selon la revendication 4, dans laquelle l’amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation est disposé en aval de la section de modulation de la branche de modulation considérée.
  6. Puce photonique selon la revendication 4, dans laquelle l’amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation est disposé en amont de la section de modulation de la branche de modulation considérée.
  7. Puce photonique selon la revendication 2, dans laquelle le ou les modulateur Mach Zehnder comprend deux modulateurs Mach Zehnder (100a, 100b) dits, respectivement, modulateur I (100a) et modulateur Q (100b) de sorte que la puce photonique forme un modulateur IQ, la première branche (101a) et la deuxième branche (102a) du modulateur I (100a) étant reliées, par une de leurs extrémités, par une entrée optique intermédiaire dite entrée I (103a), et, par l’autre de leurs extrémités, par une sortie optique intermédiaire dite sortie I (104a), la première branche (101b) et la deuxième branche (102b) du modulateur Q (100b) étant reliées, par une de leurs extrémités, par une autre entrée optique intermédiaire dite entrée Q (103b), et, par l’autre de leurs extrémités, par une autre sortie optique intermédiaire dite sortie Q (104b).
  8. Puce photonique selon la revendication 7, dans laquelle ladite puce photonique comprend un diviseur de rayonnement (116) et un combineur de rayonnement (117), le diviseur de rayonnement comprenant deux guides d’onde dits, respectivement, guide d’entrée I (116a) et guide d’entrée Q (116b), le guide d’entrée I et le guide d’entrée Q reliant l’entrée optique (112) avec, respectivement, l’entrée I et l’entrée Q, de sorte que le premier rayonnement et le deuxième rayonnement soient injectés au niveau de, respectivement, l’entrée I et l’entrée Q, le combineur de rayonnement comprenant deux guides d’onde dits, respectivement, guide de sortie I et guide de sortie Q, le guide de sortie I (117a) et le guide de sortie Q (117b) reliant la sortie optique (113) avec, respectivement, la sortie I et la sortie Q.
  9. Puce photonique selon la revendication 8, dans laquelle les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs comprennent un premier amplificateur I, un deuxième amplificateur I, un premier amplificateur Q et un deuxième amplificateur Q, le premier amplificateur I, le deuxième amplificateur I sont disposés respectivement sur la première branche (101a) et sur la deuxième branche (102a) du modulateur I (100a), tandis que le premier amplificateur Q et le deuxième amplificateur Q sont disposés respectivement sur la première branche (101b) et sur la deuxième branche (102b) du modulateur Q (100b).
  10. Puce photonique selon la revendication 9, dans laquelle l’amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation d’un modulateur Mach Zehnder est disposé entre la section de modulation de la branche de modulation considérée et la sortie optique intermédiaire dudit modulateur Mach Zehnder.
  11. Puce photonique selon la revendication 9, dans laquelle l’amplificateur optique à matériaux semi-conducteurs d’une branche de modulation d’un modulateur Mach Zehnder est disposé entre la section de modulation de la branche de modulation considérée et l’entrée optique intermédiaire dudit modulateur Mach Zehnder.
  12. Puce photonique selon la revendication 8, dans laquelle les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs comprennent un amplificateur I et un amplificateur Q portés, respectivement, par le guide de sortie I et le guide de sortie Q.
  13. Puce photonique selon l’une des revendications 9 à 12, dans laquelle ladite puce photonique comprend en outre un autre module de déphasage configuré pour imposer un autre déphasage fixe à un rayonnement lumineux entre la sortie Q et la sortie optique (113).
  14. Puce photonique selon l’une des revendications 2 à 13, dans laquelle le guide d’onde de modulation comprend du silicium, avantageusement du silicium dopé, encore plus avantageusement une jonction PN le long du guide d’onde en Silicium.
  15. Puce photonique selon la revendication 14, dans laquelle les au moins deux amplificateurs optiques à matériaux semi-conducteurs comprend un guide d’onde fait de matériaux semi-conducteurs III-V.
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