Internet mondial croît à un taux composé de 24% par an, atteignant 3,3 zettaoctets par an d'ici 2021. Une communication optique à haut débit est nécessaire de toute urgence dans ce monde toujours connecté, et pour suivre cette croissance, des développements dans la fabrication d'émetteurs-récepteurs optiques sont absolument nécessaires. doctorat candidat Xiao Liu, du Département de génie électrique TU/e, recherché de nouvelles façons d'intégrer les circuits électroniques et les dispositifs photoniques qui composent les émetteurs-récepteurs optiques. Il défendra son doctorat. thèse le 1er décembre 2020.

Les composants électroniques et photoniques des émetteurs-récepteurs optiques sont généralement fabriqués avec différentes technologies puis intégrés, ou emballés ensemble, plus tard. Avec le développement des systèmes de communication optique, qui nécessitent des vitesses plus élevées et une réduction supplémentaire des coûts et de la consommation d'énergie, cet emballage est devenu un goulot d'étranglement important pour les performances des systèmes combinés électronique-photonique. Nouveau, des technologies d'emballage de petite taille sont nécessaires qui n'affectent pas les performances des émetteurs-récepteurs optiques ou n'augmentent pas leur consommation d'énergie.

Liu a étudié des approches de circuits et de systèmes électroniques pour développer une nouvelle technologie d'intégration photonique-électronique à l'échelle d'une plaquette en 3D. Dans cette nouvelle technologie d'intégration, la plaquette photonique est collée sur la plaquette électronique à l'aide d'une technique de collage polymère adhésif. Ensuite, des connexions électriques sont établies à travers le polymère.

Du CA au CC

La première étape de Liu a été de développer une nouvelle méthodologie de conception pour les pilotes de modulateurs optiques à grande vitesse. En général, la conception de l'amplificateur cible les paramètres du domaine fréquentiel, comme la bande passante, variation de retard de groupe, linéarité, etc. Mais les spécifications du pilote sont généralement décrites dans le domaine temporel, tels que le débit de données, diagramme des yeux, etc. La méthodologie proposée par Liu se concentre sur les liens entre les deux domaines. Ensuite, il a utilisé différentes techniques de conception de circuits pour améliorer les spécifications du domaine fréquentiel dans le but d'obtenir un débit de données élevé et des diagrammes oculaires de haute qualité dans le domaine temporel. Cette méthodologie proposée a abouti à la mise en œuvre d'un pilote distribué qui permet une transmission à la pointe de la technologie 56 Gbaud PAM4 (112 Gb/s).

Le deuxième sujet de recherche de Liu est lié à l'interface pilote-modulateur dans l'intégration 3-D à l'échelle d'une plaquette. Actuellement, la plupart des modulateurs photoniques nécessitent une polarisation continue pour fonctionner à leur optimum. C'est ce qu'on appelle le schéma couplé en courant alternatif, qui se réalise facilement grâce à des liaisons filaires et des composants externes à montage en surface. Cependant, l'évolution vers l'intégration 3D à l'échelle de la plaquette rend impossible les composants externes :l'interface pilote-modulateur est située à l'intérieur du module. Par conséquent, un schéma couplé en courant continu est requis, qui est une connexion directe entre la sortie du pilote et l'entrée du modulateur optique. Liu propose deux nouveaux schémas de conduite à couplage CC ; un qui aide à améliorer la compacité des émetteurs du modulateur Mach-Zehnder (MZM) et un pour tenir compte des différents formats de modulation et des tolérances de fabrication des MZM.

Les méthodologies proposées et la technologie d'intégration 3-D électronique-photonique à l'échelle des tranches sont très prometteuses pour l'avenir de la communication optique.