Anne-Laure PONTEL : "Mise en œuvre des procédés potentiels d’évacuation des charges pyroélectriques sur niobate de lithium coupe Z"

Résumé : Les travaux de cette thèse portent sur l’étude du phénomène de pyroélectricité dans les cristaux de niobate de lithium (LiNbO3). L’étude s’intéresse à l’influence de cette propriété physique très dépendante de la température sur le comportement opérationnel des modulateurs électro-optiques réalisés en particulier dans les cristaux orientés selon l’axe Z. Les liens optiques utilisés dans les communications spatiales exploitent des modulateurs électro-optiques en LiNbO3 afin de convertir un signal électrique en signal optique. Ces composants sont adaptés à l’environnement spécifique qu’est l’espace et permettent d’atteindre des débits de plusieurs dizaines de Gbit/s.
Le LiNbO3 en coupe X est généralement utilisé mais les tensions de commandes des modulateurs sur coupe Z sont plus attrayantes afin de minimiser les puissances électriques consommées et les échauffements localisés notamment pour des applications spatiales. Néanmoins, les modulateurs en LiNbO3 coupe Z sont instables lors de variation de température ce qui affecte leur fonctionnement. Cette instabilité est provoquée par l’effet pyroélectrique du cristal qui entraîne la présence d’un champ électrique interne du à la modification de sa polarisation spontanée lors d’un changement de température. Ce champ parasite se superpose aux signaux de modulation et engendre une modification du point de fonctionnement du modulateur et de la transmission optique. L’identification de ce mécanisme et l’analyse du phénomène de pyroélectricité sur le modulateur mènent à une configuration permettant de minimiser l’impact de cet effet. Des simulations sont utilisées pour mettre en évidence l’effet pyroélectrique et les procédés technologiques envisagés sont évalués en termes de réalisations et d’impact sur les performances du modulateur ainsi que sur leur capacité à maintenir le point de fonctionnement et la transmission optique. L’insertion d’une couche antistatique dans le système d’électrodes et l’utilisation d’une structure d’électrodes « dual drive » permettent de réaliser des modulateurs d’intensité large bande en niobate de lithium coupe Z avec une stabilité en température similaire à ceux réalisés sur coupe X.

Composition du jury : 

Mme Rachel GRANGE, Associate Professor ETZH,  Rapporteure
Mme Virginia D'AURIA, Maîtresse de conférences Institut de physique de Nice, Rapporteure
Mme Angélique RISSONS, Professeure ISAE, Examinatrice
Mme Christine RESTOIN, Professeure XLim, Examinatrice
M. Maxime JACQUOT, Professeur Université Bourgogne Franche-Comté, Examinateur
M. Fabrice DEVAUX, Professeur Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse
M. Jérôme HAUDEN, Directeur R&D iXblue, Co-directeur de thèse

Localisation : Amphithéâtre J-J Gagnepain - 15B, Avenue des Montboucons - 25000 Besançon