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Soutenance de doctorat Di Cui : Bruit et dynamique des lasers semi-conducteurs plasmoniques hybrides pour les communications optiques intégrées

Jeudi 20 mars 2025 à 14h (heure de Paris), à Télécom Paris

Télécom Paris, 19 place Marguerite Perey F-91120 Palaiseau [y aller], amphi 2 et en visioconférence

Titre original : Noise and dynamics of hybrid plasmonic semiconductor lasers for integrated optical communications

Jury

  • Stephane Calvez, Chargé de Recherches CNRS, LAAS Toulouse, France(Rapporteur)
  • Alexandre Shen, Ingénieur de Recherche, III-V Lab,France (Rapporteur)
  • Ammar Sharaiha, Professeur, ENIB, Brest(Examinateur)
  • Anne-Laure Billabert, Professeure, CNAM, Paris (Examinateur)
  • Frédéric Grillot, Professeur, Télécom Paris, France (Directeur de thèse)
  • Heming Huang, Ingénieur de Recherche, Télécom Paris, France (Co-encadrant de these)

Résumé

L’intégration de la plasmonique dans les circuits photoniques intégrés (PICs) permet le développement de dispositifs ultra-compacts tout en maintenant des performances élevées. Les structures plasmoniques renforcent les interactions lumière-matière, conduisant à des fonctionnalités avancées telles que la détection à haute sensibilité et l’optique non linéaire. En offrant un contrôle sub-longueur d’onde et des vitesses de modulation plus rapides, elles surpassent les limitations de la photonique sur silicium en matière de confinement de la lumière et d’efficacité de modulation.

Cette thèse présente une étude expérimentale approfondie des lasers hybrides à plasmons,
en mettant l’accent sur leurs applications potentielles dans les PICs plasmoniques. Les principales caractéristiques, telles que l’élargissement de la largeur de raie, les oscillations de relaxation et le bruit d’intensité relative (RIN), sont examinées, ainsi que les dynamiques non linéaires induites par des perturbations externes comme la rétroaction optique et l’injection optique. Les résultats expérimentaux révèlent que les lasers hybrides à plasmons présentent une résistance accrue à la rétroaction optique par rapport aux lasers conventionnels à puits quantiques (QW), avec une réduction des instabilités dynamiques et une meilleure tolérance à la rétroaction. Cela suggère qu’ils pourraient être intégrés dans des circuits photoniques sans nécessiter d’isolateurs optiques. Les expériences d’injection optique montrent que ces lasers s’écartent du comportement chaotique classique observé dans les lasers à semi-conducteurs, affichant plutôt des oscillations soutenues induites par la rétroaction. Des tests de sensibilité sous rétroaction optique confirment également leur résistance à l’entrée dans des états chaotiques, même sous des conditions déstabilisantes. Ces résultats soulignent le rôle majeur des interactions avec les polaritons de surfaces dans l’amplification des effets non linéaires. Les propriétés de résonance. du revêtement métallique et les oscillations de relaxation sous-amorties dans le guide d’ondes plasmonique influencent significativement le comportement non linéaire du laser. Grâce à leur forte résistance à la rétroaction optique, l’absence d’oscillations chaotiques et leurs propriétés dynamiques distinctes, les lasers hybrides à plasmons apparaissent comme des candidats prometteurs pour la génération avancée de micro-ondes sur des plateformes plasmoniques. Cette étude apporte des connaissances précieuses sur leurs dynamiques non linéaires et leur potentiel pour une intégration photonique à grande échelle, compatible avec la technologie CMOS, notamment en supprimant le besoin d’isolateurs optiques encombrants dans les PICs.