sources appliquees aux cavites auto-alimentees pour les nouveaux reseaux d'acces multiplexes ...

193 Pages·2017·21.46 MB·French

THESE DE DOCTORAT
pour obtenir le grade de
Docteur de Télécom SudParis
en partenariat avec l’Université Pierre et Marie Curie
Spécialité Télécommunications
Ecole Doctorale Informatique, Télécommunications et Electronique de Paris
SOURCES APPLIQUEES AUX CAVITES AUTO-ALIMENTEES
POUR LES NOUVEAUX RESEAUX D’ACCES MULTIPLEXES
EN LONGUEUR D’ONDE
Anaëlle Maho
Soutenue le 19 janvier 2017,
devant le jury composé de
M. Joël Jacquet Président et rapporteur
EIGSI
Mme Delphine Morini Rapporteur(cid:3)
C2N
M. Philippe Chanclou Examinateur
Orange Labs(cid:3)
M. Cédric Ware Examinateur(cid:3)
Télécom ParisTech
M. Badr-Eddine Benkelfat Directeur de thèse
Télécom SudParis
M. Yann Frignac Co-directeur de thèse(cid:3)
Télécom SudParis
M. Romain Brenot Encadrant scientifique(cid:3)
III-V Lab, Nokia Bell Labs(cid:3)
Thèse n°2017TELE0003
(cid:3) (cid:3)
(cid:3) (cid:3)

“Votre cœur […] étrange et solitaire
[…]
Votre cœur […] bienveillant et borné
[…]
Votre coeur c’ [est] le monde entier
[…]
Votre coeur c’ [est] tous les étés “
Le Départ,
Maissiat

REMERCIEMENTS
Cette thèse a été réalisée au III-V Lab, laboratoire commun entre Nokia, Thales et le
CEA-Leti. Merci à Mohand Achouche, administrateur des équipes Nokia Bell Labs du III-
V, de m’avoir mis le pied à l’étrier à ma sortie d’école. Je remercie chaleureusement
François Luc, administrateur du III-V Lab, et Philippe Bois, administrateur des équipes
TRT du III-V, de m’avoir accueillie et guidée pour l’après thèse.
J’adresse ma gratitude aux membres du jury ; à Delphine Marris-Morini (C2N) et Joël
Jacquet (EIGSI) d’en avoir été les rapporteurs, en particulier pour votre relecture
attentive et vos critiques constructives ; à Cédric Ware (Télécom Paris) d’avoir décelé
mes étourderies et à Philippe Chanclou (Orange lab) d’être venu du pays breton pour
mettre en perspective ces travaux.
Le département EPH de Télécom SudParis a accueilli ces travaux. Merci à son
directeur, Badr-Eddine Benkelfat d’avoir accepté d’être mon directeur de thèse et merci
à Yann Frignac, maître de conférences, d’avoir été co-encadrant. Le temps fait toujours
défaut mais nos discussions m’ont aiguillée le long de ces trois années. Sans oublier les
coups de pouce, bienvenus, dans les protocoles administratifs !
Romain Brenot, du III-V lab, ou plus simplement chef a accepté de me livrer les
secrets de la physique des RSOA- et bien plus. Beaucoup de choses pourraient être dites :
l’histoire fut longue, riche en rebondissements, aucun des quelques 800 jours ne s’est
ressemblé. Avant tout merci de m’avoir donné la confiance que je n’avais pas : ces coups
de pieds m’ont fait grandir et mûrir ; m’ont défiée scientifiquement, évidemment, et
humainement. Chaque jour, j’ai appris un peu plus.
Ce manuscrit retranscrit les travaux d’une thèse, fruit d’un travail long et complexe
qui ne serait rien sans le savoir et les compétences techniques des équipes du
laboratoire.
A commencer par le travail remarquable des technologues qui m’ont livré les rudiments
du métier. Sophie, je te dois énormément. Tu m’as transmis ton savoir-faire, donné de
ton temps et as toujours été là, même quand ça n’allait pas. Un merci ne suffirait pas.
L’équipe ne serait pas complète sans Frédéric Pommereau, dont l’ombre exigeante m’a
imprégnée d’une rigueur perfectionniste et le fameux JFP, incontournable de la salle
blanche, dont le sourire rend agréable n’importe quelle journée : n’oublions pas les
bonnes habitudes d’une blague par jour !
La salle blanche est plus remplie que l’on ne pourrait le penser. Je salue les collègues des
autres équipes avec qui l’entraide fut chaleureuse. En particulier merci à Muriel Riet et
Stéphane Bernard pour mon utilisation récurrente des dépôts de Titane…
Le travail de techno n’aurait pas la saveur qu’on lui connaît sans les imprévus qui
rajoutent du piment au quotidien. Merci à Raphaël Aubry et Estelle Derouin d’avoir
contribué à identifier mes angoissants et persistants points noirs.
Un dicton de salle blanche, rempli de mauvaise foi, dirait qu’importe le problème la
cause vient toujours d’eux. Il n’en est rien et merci aux épitaxieurs de réaliser l’étape -un
peu magique- de la croissance de matériau. En particulier merci à François Lelarge,
Nadine Lagay, Yohann Mustapha-Rabault et à Olivier Patard de s’être occupé de la
quinzaine de plaques manipulées pendant ces trois ans.
Le labeur ne s’arrête pas une fois la plaque finie. C’est n’est que le début du minutieux
travail de clivages, traitements et montages. Merci à Catherine, Delphine et Karim
d’assurer la continuité de ce travail. Karim, tu seras mon MacGyver du montage, avec toi,
même l’impossible reste possible ! Merci de m’avoir fait une petite place aux montages
de temps en temps !
Je voudrais aussi gratifier Alexandre Larrue, Michel Garcia et Alexandre Garreau avec
qui les échanges furent enrichissants et qui ont contribué à me forger ma culture dans le
domaine.
Il y a un avant et un après fabrication. Merci à Hélène Debrégeas pour les indications
lors de la phase, un peu solitaire, de la conception et plus généralement de m’avoir
partagé son regard et son expérience sur les composants. J’ai aussi apprécié de partager
des moments plus informels et qui rendirent cette aventure plus humaine.
Comment évoquer ‘‘l’après’’ sans évoquer Jean-Guy Provost, le maître incontesté des
mesures. Si, au premier abord, je trouvais un peu éloigné le déménagement du banc SOA
vers la salle ‘‘Jean-Guy’’, je dois reconnaître que j’aurais bien prolongé de quelques mois
ma thèse pour profiter un peu plus de ton savoir. Merci d’avoir ouvert mon champ
d’horizon et mes réflexions. Merci également à Frédéric Van Dijk, pour l’emprunt répété
de vos équipements et l’usage de vos bancs. Merci aussi pour tous les moments
informels et l’accueil à Palaiseau !
Parmi tous ces rouages, il en est un essentiel. Merci au support apporté par Valérie
Deshayes, Nathalie Martin et Laurence Lorcy. Vous avez été de surcroît une oreille
attentive et d’une chaleur qui réconforte. Merci également à Pascale Téfaine, Maryline
Beguet et Aline Rablat pour leur réactivité et leur efficacité.
Comment ne pas finir ces remerciements par tous ceux avec qui les relations ne
furent pas que professionnelles ?
Guillaume, nous nous serons suivis du début jusqu’à la fin. Je t’épargnerai des mots trop
flatteurs puisque c’est la ritournelle entre nous. Qui aime bien châtie bien ;). Vient le clan
‘‘physique’’/ ‘‘des grands’’ qui a toléré ma présence, Piero, Olivier (bis !), Cédric, Ronan :
à défaut d’avoir gagné des cm, suis-je devenue ‘‘physique’’ ?
Les semaines et les mois auraient été bien fades sans mes compagnons de bureau, de
course à pied, de sortie ; mes compagnons de moments de vie. Virginie, Nicolas, Pep’,
Andrzej, Gaël, Axel, Florian, Guillaume S., Agnès, Hugue, Olivier T. : rendez-vous à
Toulouse !
Cette liste ne saurait être exhaustive sans Mickaël. L’aventure fut belle au III-V, le
terrain de jeu s’annonce tout aussi séduisant à TAS ! Il y a juste une chose sur laquelle tu
ne m’avais pas prévenue : manger à 13h30 ? ;)
La thèse fut un long chemin, merci à mes proches d’avoir été présents. Nos moments
furent trop peu nombreux mais le cœur y a toujours été.

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION GENERALE .......................................................................................................................... 1
CHAPITRE 1
ARCHITECTURE DES NOUVEAUX RESEAUX D’ACCES : EVOLUTION ET ENJEU ............................ 5
1.1. Réseaux centralisés d’accès radio ................................................................................................. 6
1.1.1. Architecture ................................................................................................................................................... 6
1.1.2. Normes et protocoles ................................................................................................................................. 7
1.2. Solutions achromatiques bas-coût ................................................................................................ 8
1.2.1. Historique et typologie .............................................................................................................................. 8
1.2.2. Description des principales architectures ......................................................................................... 9
1.2.2.1. Fabry-Pérot verrouillés en longueur d’onde ........................................................................... 9
1.2.2.2. RSOA injecté et RSOA remodulé ................................................................................................. 10
1.2.2.3. SOA-REAM injecté ............................................................................................................................ 12
1.2.2.4. Récapitulatif ....................................................................................................................................... 12
1.3. RSOA en cavité auto-alimentée .................................................................................................... 14
1.3.1. Description .................................................................................................................................................. 14
1.3.2. Historique .................................................................................................................................................... 15
1.3.3. Etat de l’art .................................................................................................................................................. 17
1.3.4. Paramètres................................................................................................................................................... 21
1.3.4.1. Equipements ...................................................................................................................................... 21
1.3.4.2. Architecture ........................................................................................................................................ 23
1.3.4.3. Transmission...................................................................................................................................... 24
1.4. Cadre de la thèse ............................................................................................................................... 24
1.4.1. Position du III-V Lab ................................................................................................................................ 24
1.4.2. ERMES & LAMPION .................................................................................................................................. 25
1.4.3. Ambitions de la thèse .............................................................................................................................. 26
Conclusion du chapitre 1 ........................................................................................................................ 29
Bibliographie du chapitre 1 .................................................................................................................. 31
CHAPITRE 2
ELABORATION DE SOURCES DIRECTEMENT MODULEES POUR LES NOUVEAUX RESEAUX
D’ACCES ............................................................................................................................................................. 39
2.1. Généralités sur les composants étudiés.................................................................................... 39
2.1.1. Principes physiques élémentaires ...................................................................................................... 40
2.1.1.1. Structure épitaxiale ......................................................................................................................... 40
2.1.1.2. Confinement opto-électronique ................................................................................................. 41
2.1.2. Techniques de fabrication ..................................................................................................................... 43
2.1.2.1. Etapes génériques ............................................................................................................................ 43
2.1.2.2. Procédé standard ............................................................................................................................. 45
2.1.2.3. Traitements et embases ................................................................................................................ 46
2.1.3. Composants étudiés ................................................................................................................................. 48
2.1.3.1. Laser Fabry-Pérot ............................................................................................................................. 48
2.1.3.2. SOA ......................................................................................................................................................... 48
2.1.3.3. RSOA ...................................................................................................................................................... 49
2.1.3.4. Laser à contre-réaction répartie ................................................................................................ 49
2.1.3.5. Modulateur à électro-absorbtion .............................................................................................. 50
2.2. Caractérisation de sources pour cavité auto-alimentée ..................................................... 51
2.2.1. Gain du RSOA .............................................................................................................................................. 51
2.2.2. Effacement des données ......................................................................................................................... 52
2.2.3. Modulation haut-débit ............................................................................................................................. 54
2.3. Conception de nouvelles sources ................................................................................................ 56
2.3.1. Etat de l’art ................................................................................................................................................... 56
2.3.2. Choix des structures ................................................................................................................................. 60
2.3.3. Diagramme de bandes ............................................................................................................................. 61
2.3.4. Structures complètes ................................................................................................................................ 63
2.3.5. Conception des guides d’onde .............................................................................................................. 64
2.4. Développements technologiques spécifiques......................................................................... 66
2.4.1. Aluminium .................................................................................................................................................... 66
2.4.2. Rendement et robustesse ....................................................................................................................... 67
Conclusion du chapitre 2 ........................................................................................................................ 69
Bibliographie du chapitre 2 ................................................................................................................... 71