Descriptif
Le cours a pour but d'enseigner les principes de fonctionnement et les technologies des dispositifs photoniques semi-conducteurs, dans une perspective d’intégration. On s’appuiera d’abord sur un cas mature, les télécoms optiques pour les réseaux actuels et les tendances émergentes prochainement déployées. On donner dans la fin du cours les méthodes de traitement du signal par voie électro-optique et acousto-optique, tels qu’elles sont utilisées au-delà des télécom en photonique micro-onde et dans les lidars.
Objectifs pédagogiques
A l'issue de cet enseignement, les élèves seront capable de comprendre les principes de fonctionnement et les technologies des dispositifs photoniques semi-conducteurs et plus généralement opto-électroniques adaptés à l’intégration photonique. Autour des briques élémentaires que sont les guides et leurs interfaces, ils sauront relier les choix de matériaux et structures pour obtenir les différentes fonctions spectrales et temporelles permettant le transit de haut débit de données. L'exemple emblématique est le multiplexage en longueur d'onde, qui exige à la fois de comprendre un standard de transmission (la grille de fréquence), les technologies des sources, les façons de les combiner, et l'optimisation de leur usage suivant les technologies et formats de modulation choisis.
- Cours magistral : 30
Diplôme(s) concerné(s)
- Laser Optique Matière
- Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée - Master of Science in Engineering
Parcours de rattachement
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade réduitPour les étudiants du diplôme Laser Optique Matière
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 7
- Crédits ECTS acquis : 3 ECTS
Le coefficient de l'UE est : 3
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée - Master of Science in Engineering
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 2 ECTS
Le coefficient de l'UE est : 2
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Programme détaillé
1) Couplages d’ondes, dispositifs emblématiques :
On commencera par un rappel des descriptions de couplage d’onde et de semi-conducteur. Puis on étudiera à titre de base générale l’application de ces concept au travers de dispositifs emblématiques (QW laser,DFB, VCSEL,QD laser) (6h, H. Benisty)
2) le cycle performance – technologie des composants télécoms : Béatrice Dagens
· On revisite ensuite plus en détail des composants individuels puis intégrés en les resituant dans le contexte des réseaux télécoms et en montrant leur apport à la performance globale.
· Nous considérerons d’abord en détail le cas « élémentaire » du laser à semi-conducteur, pour introduire progressivement les principes physiques sous-jacents à l’ensemble des composants optoélectroniques, leur technologie de fabrication, les principes et les degrés de liberté de leur conception. Cela nous conduira jusqu’à l’intégration des composants en circuits photoniques et les compromis supplémentaires sur la conception liés à l’ensemble de la technologie. Nous aborderons également les autres technologies de composants optoélectroniques (verre, SOI, LiNbO3), et nous évoquerons les circuits photoniques développés pour des applications non télécom (bioplasmonique). Ces bases étant acquises, nous pourrons approfondir la physique du fonctionnement et certains principes de caractérisation des composants phares de l’optoélectronique évoqués au début du cours.
3) Composants télécom et datacom : tendances émergentes : Guang-Hua DUAN
· On traitera dans cette partie plusieurs tendances observées ces dernières années dans le domaine de télécommunications et de data communication : le multiplexage et le routage en longueur d’onde, les nouveaux formats de modulation et l’intégration photonique sur silicium. Dans la partie multiplexage et routage en longueur d’onde l’accent sera mis sur les sources accordables en longueurs d’onde et la manipulation de la longueur d’onde (filtrage, routage, translation etc.).
· Sur les nouveaux formats de modulation, on détaillera les circuits photoniques utilisant par exemple une combinaison de plusieurs interféromètres Mach-Zehnder. Sur l’intégration photonique sur silicium, on expliquera les différentes briques de base : laser, modulateur, photo-détecteurs, guides passifs sur silicium, etc. On montera plusieurs exemples d’intégration pour les applications en télécommunications et en "data communication".
4) Traitement du signal électro- et acousto-optique, applications micro-ondes et lidar
· Electro-optic and acousto-optic phenomena and applications :
Induced birefringence in crystals and ceramics, operation in free space and guided modes, light modulators for optical telecommunications, acousto-optic and electro-optic laser beam switching and scanning
· Optical and electro-optical properties of liquid crystals:
Liquid crystal phases, Optical and EO properties,Technology of liquid crystal cells.
…/…
· Applications : display, light valves, nonlinear optics
Comparisons with other technologies, Applications of wave mixing in materials, Volume holography; Materials : photorefractives, gain media, Brillouin scattering ; Application of wave mixing to image amplification, and wave conjugation, Applications to signal processing, laser beam control, and thermal effect compensation,
· Opto-electronic links, from telecommunications to radars, Opto-electronic links main characteristics (gain, noise figure, linearity, dynamic range): from system requirements to component physics; Applications to opto-electronic processing of radar signals (phased array antenna, agile filtering, correlation, spectrum analysis, oscillators, high precision clocks, ..); Photonic generation and detection of millimetre-wave and THz signals ;Basics of lidar systems