Silicon nitride waveguide optical filter components for access network applications

Résumé

Des micro-résonateurs en anneau à base de guide d’onde en nitrure de silicium (SiN) sont modélisés et fabriqués sur une tranche de silicium (Si) afin d’être utilisés comme filtre dans des lasers conçus pour la modulation exaltée par le chirp (CMLs). Le développement de ces résonateurs, avec une plage spectrale libre (FSR) de 100 GHz correspondant à l'espacement des canaux recommandé par l'union internationale des télécommunications (ITU), est envisage pour la prochaine génération des systèmes de réseaux optiques passifs (NGPON2). L'étude de tels filtres optiques, qui augmente la portée de transmission du signal laser modulé directement (DML), est motivée par la recherche et le développement orientés vers la réalisation des CMLs. De plus, un résonateur en anneau en SiN simple et une autre incluant trois anneaux en cascade à base de guide d'ondes de silicium, tous deux intégrés avec un séparateur en Y, sont presents pour être utilisés comme réflecteur dans un laser à cavité externe. Ces réflecteurs annulaires sont conçus pour avoir un FSR large, qui est réalisé en utilisant l'effet de Vernier en couplant trois résonateurs de circuit en série. Dans cette thèse, nous analysons et optimisons la réponse optique des dispositifs mentionnés ci-dessus à base de guides d'ondes SiN déposés sur des plaquettes de silicium. Les paramètres de conception sont optimisés à partir d’une modélisation analytique et des simulations sont effectuées avec un algorithme des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Les composants sont fabriqués dans différents laboratoires et salles blanches à Montréal en collaboration avec notre partenaire industriel AEPONYX. La performance de ces dispositifs est caractérisée en utilisant un banc d'essai optique dans les laboratoires universitaires. Une bonne correspondance est observée entre les résultats de simulations et les mesures d'un grand résonateur de circuit à 4 ports, donnant un FSR proche de 100GHz tel que spécifié pour les systèmes NGPON2 et un taux d'extinction (ER) de plus de 15 dB. Cela rend ce composant utile pour moduler le chirp inhérent des lasers modules directement (DML), augmentant ainsi le ratio d’extinction des signaux de données. Pour le réflecteur annulaire de troisième ordre en cascade à base de guide d'onde en Si, un large FSR de 90,2 nm est atteint numériquement et un FSR d'environ 6,02 nm est démontré expérimentalement pour le réflecteur à un seul anneau en SiN, ce qui est très proche de la valeur théorique de 6,2 nm.

Date	19 oct. 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Nabki (Directeur(-trice)) & Michaël Ménard (Codirecteur(-trice))