Study of tunable spectral filters in integrated optics on III-V semiconductors: Birefringent guides in GaAs / AlAs multilayers
Etude de filtres spectraux accordables en optique intégrée sur semi-conducteurs III-V : Guides biréfringents dans les multicouches GaAs/AlAs
Résumé
The objective of this manuscript is to propose, design and realize new integrated optical structures of tunable spectral filter types on iii-v semiconductor substrate based on gallium arsenide (gaas). The design of tunable spectral filters finds its applications in the field of optical telecommunications where high density wavelength division multiplexing (wdm) is emerging as a major technology in the field of high speed transmissions. In recent years, these tunable spectral filters, whose wavelength selectivity is based on a coupling between two optical modes of orthogonal polarization, have already been developed on a birefringent lithium niobate substrate (linbo # 3). The general idea is therefore to transpose the principle of this functionality onto a iii-v semiconductor substrate of the algaas type. Since iii-v semiconductors are not birefringent, the idea is to use them in the form of Gaas / Alas multilayers making it possible to generate a so-called shape birefringence. We therefore carried out a study of the shape birefringence property in gaas / alas quantum multi-wells. Finally, the propagation of optical waves in these super-networks has been developed theoretically and then simulated, using several models (three and four layers thanks to the notion of shape birefringence, and the n-layer model). We then presented the design and technological realization of TE00-TM00 singlemode guides highly birefringent at 1550 nm on Gaas / Alas superlattices. We were then able to show that the experimental results obtained on these Gaas / Alas super-arrays allowed us to achieve birefringences close to that of lithium niobate. We then relied on these preliminary experimental results to design on these birefringent heterostructures new architectures of spectral filters tunable electro-optically, then acousto-optically. The theoretical performances (filter fineness, conversion voltages, tuning rate) are finally developed.
L'objectif de ce manuscrit est de proposer, concevoir et realiser de nouvelles structures d'optique integree de types filtres spectraux accordables sur substrat de semi-conducteur iii-v a base d'arseniure de gallium (gaas). La conception de filtres spectraux accordables trouve ses applications dans le domaine des telecommunications optiques ou le multiplexage en longueur d'onde (wdm) haute densite est en train de s'imposer comme technologie majeure dans le domaine des transmissions a haut debit. Au cours de ces dernieres annees, ces filtres spectraux accordables, dont la selectivite en longueur d'onde est basee sur un couplage entre deux modes optiques de polarisation orthogonale, ont deja ete developpes sur substrat birefringent de niobate de lithium (linbo#3). L'idee generale est donc de transposer le principe de cette fonctionnalite sur substrat semi-conducteur iii-v de type algaas. Les semi-conducteurs iii-v n'etant pas birefringents, l'idee est de les utiliser sous forme de multicouches gaas/alas permettant de generer une birefringence dite de forme. Nous avons donc mene une etude de la propriete de birefringence de forme dans les multi-puits quantiques gaas/alas. Enfin, la propagation des ondes optiques dans ces super-reseaux a ete developpee theoriquement puis simulee, en utilisant plusieurs modeles (trois et quatre couches grace a la notion de birefringence de forme, et le modele n couches). Nous avons ensuite presente la conception et la realisation technologique de guides monomodes te#0#0-tm#0#0 hautement birefringents a 1550 nm sur super-reseaux gaas/alas. Nous avons pu alors montrer que les resultats experimentaux obtenus sur ces super-reseaux gaas/alas nous ont permis d'atteindre des birefringences proches de celle du niobate de lithium. Nous nous sommes alors appuyes sur ces resultats experimentaux preliminaires pour concevoir sur ces heterostructures birefringentes de nouvelles architectures de filtres spectraux accordables par voie electro-optique, puis par voie acousto-optique. Les performances theoriques (finesses des filtres, tensions de conversion, taux d'accord) sont enfin developpees.