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High-Speed Electro-Optical Modulation on Silicon Photonics through the Heterogeneous Integration of Lithium Niobate and Lithium Tantalate Using Micro-Transfer Printing

par Vanackere, Tom
Président du jury Wittevrongel, Sabine SW
Promoteur Clemmen, Stéphane ;Kuyken, Bart
Publication Non publié, 2026-09-10

Thèse de doctorat

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Résumé :

This PhD thesis investigates the modeling, fabrication, and measurement of high-speed lithium niobate and lithium tantalate modulators heterogeneously integrated on silicon and silicon nitride integrated platforms. These modulators utilize an electro-optic effect to convert electrical signals into optical signals for transmitting information. Three consecutive iterations advance the technology from an initial proof of concept in the first attempt, through a promising demonstration of speed in the second iteration, to a first step toward scalability in the third and final demonstration. The research includes detailed modeling and simulation results of both the optical and electrical fields in the modulators, as well as all other components of the optical circuits, such as grating couplers and taper transitions. The tested devices achieve performance similar to competing technologies based on less scalable fabrication methods. These devices are receiving significant attention from companies working on the next generation of optical methods for telecommunications and data center optimization.

Cette thèse de doctorat étudie la modélisation, la fabrication et la caractérisation de modulateurs à haute vitesse en niobate de lithium et tantalate de lithium intégrés de manière hétérogène sur des plateformes intégrées en silicium et en nitrure de silicium. Ces modulateurs utilisent un effet électro-optique pour convertir des signaux électriques en signaux optiques afin de transmettre des informations. Trois itérations successives font évoluer la technique, depuis une première démonstration de principe lors du premier essai, en passant par une démonstration prometteuse de vitesse dans la deuxième itération, jusqu'à une première étape vers l'évolutivité dans la troisième et dernière démonstration. La recherche comprend des résultats détaillés de modélisation et de simulation des champs optiques et électriques dans les modulateurs, ainsi que de tous les autres composants des circuits optiques tels que les coupleurs à réseau et les transitions à cône (tapers). Les dispositifs testés atteignent des performances similaires aux technologies concurrentes basées sur des méthodes de fabrication moins évolutives. Ces dispositifs suscitent un grand intérêt de la part des entreprises qui travaillent sur la prochaine génération de méthodes optiques pour les télécommunications et l'optimisation des centres de données.