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Modulateur vertical intégré à un VCSEL pour les interconnexions optiques ultra-rapides – EAM-VCSEL

Modulateur vertical intégré à un VCSEL pour les interconnexions optiques ultra-rapides

L'objectif du projet EAM-VCSEL est de développer une technologie de source laser rentable et efficace en termes de coûts et d'énergie pour les liaisons de communication de données optiques à courte portée Tb/s en étendant la capacité à haut débit des VCSEL au-delà de ce qui est possible en utilisant la modulation à courant continu.

Enjeux et objectifs

Par conséquent, l'objectif principal est de démontrer des débits de données à canal unique de l'ordre de 100 Gb/s à 850 nm dans des conditions de fonctionnement et des exigences environnementales définies par les applications concernées. Notre approche technologique consiste en l'intégration verticale monolithique d'une structure de modulation électro-absorptive au-dessus d'un VCSEL. En découplant les conceptions électrique et optique du modulateur du laser, on peut optimiser les performances à très haut débit.

En outre, nous envisagerons d'autres formats de modulation (multiniveau, sous-porteuse) pour étendre encore la capacité de transmission des données, ou l'utilisation potentielle de la transmission par radio sur fibre à haute fréquence.

Workpackage 2 - Conception et fabrication de l'EAM-VCSEL :
La conception des structures verticales EAM et EAM-VCSEL a été finalisée par le LAAS et la VUB (D2.1 et D2.2).
En juin 2021 (M18), l'épitaxie des structures EAM et EAM-VCSEL a été réalisée (D2.3 et D2.4), et le processus technologique pour la fabrication des dispositifs est en cours.
Workpackage 3 - Caractérisations opto-micro-ondes :
Les équipements nécessaires et spécifiques (photodiode, etc.) pour la caractérisation à haute vitesse de l'EAM et de l'EAM-VCSEL ont été fournis.
Le calendrier des tâches et les dates d'échéance des livrables dans le WP3 ont été reprogrammés en fonction du calendrier d'achèvement des tâches de fabrication des dispositifs.
Workpackage 4 - Dispositifs et systèmes de communication optique à haut débit
Dans le cadre de ce WP4, l'OFTON est chargé de l'évaluation de la transmission et du back-to-back des EAM-VCSELs fabriqués. Dans un premier temps, nous souhaitons tester des EAM autonomes avec des signaux OOK et PAM-4 à des débits allant jusqu'à 100 Gbit/s en configuration back-to-back.
Dans la première partie de ce projet, FOTON a travaillé sur une expérience PAM-4 à 100 Gbit/s sur une seule longueur d'onde dans une configuration en temps réel. Réaliser une mesure en temps réel de PAM-4 sans traitement de signal numérique hors ligne à 100 Gbit/s est un véritable défi, peu de laboratoires ont la capacité de réaliser ce type d'expérience.
Un rapport détaillé est donné dans les annexes à la fin de ce document.
Pour les mêmes raisons que le WP3, les dates de livraison de ce WP4 ont été reportées.
Workpackage 5 - Spécifications des dispositifs basées sur les applications des utilisateurs finaux et la fabrication industrielle
Le deliverable 5.1 : «eport on EAM-VCSEL device & transmission level specifications« a été complété.

Des dispositifs EAM et EAM-VCSEL seront fabriqués et caractérisés pour démontrer la modulation à haute vitesse et les liens de transmission optique.

Real Time 100 Gbit/s/? PAM-4 Experiments for Future Access Networks over 20 km with 29 dB Optical Budget
Jérémy Potet, Mathilde Gay, Laurent Bramerie, Hamza Hallak Elwan, Fabienne Saliou, Gaël Simon, Philippe Chanclou, accepted in ECOC 2021 (FOTON)

Le projet EAM-VCSEL vise à développer une technologie de source laser faible coût et économe en énergie pour les liaisons de communication optiques courtes distances et à très hauts débits, et ce en surpassant les performances des lasers VCSEL actuels à modulation directe. Par conséquent, l'objectif principal est de développer une architecture de composant permettant des débits jusqu’à 100 Gbps par canal dans des conditions de fonctionnement et des exigences environnementales définies par les applications. Notre approche consiste à intégrer de façon monolithique un modulateur à électro-absorption dans la structure verticale du VCSEL. En découplant les propriétés électriques et optiques du modulateur et du laser, on peut optimiser les performances à ultra haute fréquences. Nous envisageons également d'appliquer d’autres formats de modulation sur ce composant afin d'étendre encore la capacité de transmission de données dans le domaine hyperfréquence.

Coordination du projet

Guilhem Almuneau (Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

3SP 3SP TECHNOLOGIES
Vrije Universiteit Brussel / Department of Applied Physics and Photonics (IR-TONA)
FOTON Institut Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON
LAAS-CNRS Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS

Aide de l'ANR 517 790 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 42 Mois

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