Projet ANR-11-INFR-0015 – ULTIMATE : Transmetteur optique intégré à formats de modulation multi-niveaux
Programme : Infrastructures matérielles et logicielles pour la société numérique (INFRA)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Gabriel CHARLET (ALCATEL LUCENT BELL LABS France)
Partenaires : ALCATEL - LUCENT BELL LABS FRANCE; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; III-V LAB; PHOTLINE TECHNOLOGIES; Laboratoire X-LIM; Institut d'Électronique Fondamentale; Université Paris-Sud
Montant : 1499033.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Réalisation d’un transmetteur photonique 4x100Gb/s ultra compact utilisant les technologies CMOS.Les systèmes de transmission optique sont au cœur de l’internet d’aujourd’hui et de demain. Afin de continuer à augmenter le trafic internet tout en gardant un coût raisonnable, l’intégration des technologies photoniques sur une plateforme CMOS (utilisé pour les processeurs) apparait comme une solution extrêmement prometteuse.
Intégration photonique sur CMOS de laser et modulateur electro-optiqueLa majorité des systèmes de transmission optique actuellement déployés fonctionnent au débit de 10Gb/s et utilisent le multiplexage en longueur d’onde (WDM). En 2005, Infinera a introduit des circuits photoniques intégrés (photonic integrated circuits « PIC » ) sur InP et réalisé un dispositif avec 10 canaux à 10Gb/s sur une seule puce. Une alternative prometteuse pour repousser les limites de l’intégration des circuits photoniques sera d’utiliser la plateforme photonique sur silicium. Cette plateforme permettra ultérieurement l’intégration simultanée de l’électronique haut débit avec la photonique sur une même puce. ULTIMATE propose de démontrer un transmetteur 4x100Gb/s PIC fondé sur cette technologie, qui intègre 4 transmetteurs à 100Gb/s, c’est à dire 4 lasers accordables, 8 modulateurs QPSK et des amplificateurs optiques à semi-conducteurs. Ce PIC bénéficiera des enseignements hérités de la solution 100Gb/s d’Alcatel Lucent utilisant la modulation PDM QPSK, la première du genre mise sur le marché en 2010, et des travaux pionniers réalisés par les partenaires du consortium sur la plateforme photonique sur silicium. Un premier défi technique concerne les sources laser. Par rapport aux premières démonstrations faites par III-V Lab et le CEA dans le projet européen FP7 HELIOS, l’objectif sera d’augmenter la puissance de sortie, de démontrer l’accordabilité sur 30nm et d’obtenir une largeur de raie suffisamment fine pour être compatible avec la détection cohérente. Un second défi concerne les modulateurs électro-optiques à haut débit. Par rapport aux premières réalisations obtenues par IEF dans le projet FP7 HELIOS, la bande passante devra être augmentée et la structure sera plus complexe (modulateur QPSK). De plus le modulateur devra être compatible avec des tensions de commande faible (~2x500mV) provenant d’un circuit CMOS. Plusieurs itérations seront nécessaires pour atteindre ces objectifs ambitieux. 
Découpage du projet en trois phases.Le projet sera donc découpé en 3 phases. •	La phase 1 vise à réaliser un laser accordable d’un coté et un modulateur à 2 niveaux de phase (BPSK) plus un modulateur à quatre niveaux de phase (QPSK) d’un autre coté.•	La phase 2 vise l’intégration d’un laser accordable avec 2 modulateurs QPSK et deux amplificateurs optiques à semiconducteurs (SOAs) afin de démontrer un premier transmetteur au débit de 100Gb/s. Un packaging optimisé sera également réalisé et une validation expérimentale sur un banc de transmission multiplexé en longueur d’onde (WDM) sera effectuée.•	La phase 3 verra l’intégration de 4 transmetteurs (même si uniquement un seul sera packagé avec des lignes hyperfréquences) et bénéficiera des retours de la phase 1.Chaque génération sera mise en boitier et testé dans un environnement de transmission haut-débit et longue distance.
Résumé de la soumission : La majorité des systèmes de transmission optique actuellement déployés fonctionnent au débit de 10Gb/s et utilisent le multiplexage en longueur d’onde (WDM). En 2005, Infinera a introduit des circuits photoniques intégrés (photonic integrated circuits « PIC » ) sur InP et réalisé un dispositif avec 10 canaux à 10Gb/s sur une seule puce. Une alternative prometteuse pour repousser les limites de l’intégration des circuits photoniques sera d’utiliser la plateforme photonique sur silicium. Cette plateforme permettra ultérieurement l’intégration simultanée de l’électronique haut débit avec la photonique sur une même puce. ULTIMATE propose de démontrer un transmetteur 4x100Gb/s PIC fondé sur cette technologie, qui intègre 4 transmetteurs à 100Gb/s, c’est à dire 4 lasers accordables, 8 modulateurs QPSK et des amplificateurs optiques à semi-conducteurs. Ce PIC bénéficiera des enseignements hérités de la solution 100Gb/s d’Alcatel Lucent utilisant la modulation PDM QPSK, la première du genre mise sur le marché en 2010, et des travaux pionniers réalisés par les partenaires du consortium sur la plateforme photonique sur silicium.Un premier défi technique concerne les sources laser. Par rapport au premières démonstrations faites par III-Vlab et le CEA dans le projet européen FP7 HELIOS, l’objectif sera d’augmenter la puissance de sortie, de démontrer l’accordabilité sur 30nm et d’obtenir une largeur de raie suffisamment fine pour être compatible avec la détection cohérente.Un second défi concerne les modulateurs electro-optiques à haut débit. Par rapport aux premières réalisations obtenues par IEF dans le projet FP7 HELIOS, la bande passante devra être augmentée et la structure sera plus complexe (modulateur QPSK). De plus le modulateur devra être compatible avec des tensions de commande faible (~2x500mV) provenant d’un circuit CMOS.Plusieurs itérations seront nécessaires pour atteindre ces objectifs ambitieux. Le projet sera donc découpé en 3 phases.La phase 1 vise à réaliser un laser accordable d’un coté et un modulateur BPSK plus un modulateur QPSK d’un autre coté.La phase 2 vise l’intégration d’un laser accordable avec 2 modulateurs QPSK et deux SOAs afin  de démontrer un premier transmetteur au débit de 100Gb/s. Un packaging optimisé sera également réalisé et une validation expérimentale sur un banc de transmission WDM sera effectuée.La phase 3 verra l’intégration de 4 transmetteurs (même si uniquement un seul sera packagé avec des lignes hyperfréquences) et bénéficiera des retours de la phase 2.Un défi à plus long terme, qui ne fait pas partie du projet, sera l’intégration sur une seule puce un circuit électronique CMOS générant plusieurs signaux à 25Gb/s avec la partie photonique incluant laser et modulateur.Un packaging optimisé est nécessaire afin de tirer le meilleur du circuit photonique sur silicium et de pouvoir l’exploiter sur un banc expérimental de transmission WDM. L’objectif sera notamment de réaliser une transmission sur une distance de plus de 1000km dans un environnement WDM. L’intégration photonique est une méthode clé pour réduire le coût, la taille et la consommation de puissance des systèmes de transmission optique. Cela apportera un différentiateur très important pour les systémiers WDM ayant accès à une telle technologie. L’intégration de plusieurs longueurs d’onde au débit de 100Gb/s sur une seule puce apparaît aujourd’hui comme une des méthodes les plus prometteuses pour répondre à des demandes futures du marchés concernant le 400Gb/s et le 1Tb/s. Alors que le projet MICROS vise à réaliser un récepteur cohérent sur plateforme photonique sur silicium, le projet ULTIMATE est focalisé sur la partie émission.Le projet ULTIMATE apportera un avantage compétitif important aux partenaires du projet, et notamment Alcatel Lucent, dans un marché particulièrement compétitif ou des différentiateurs technologiques sont nécessaires.
Résultats : Pas encore de résultat.
Perspectives : Un défi à plus long terme, qui ne fait pas partie du projet, sera l’intégration sur une seule puce un circuit électronique CMOS générant plusieurs signaux à 25Gb/s avec la partie photonique incluant laser et modulateur. Un packaging optimisé est nécessaire afin de tirer le meilleur du circuit photonique sur silicium et de pouvoir l’exploiter sur un banc expérimental de transmission WDM. L’objectif sera notamment de réaliser une transmission sur une distance de plus de 1000km dans un environnement WDM. 
L’intégration photonique est une méthode clé pour réduire le coût, la taille et la consommation de puissance des systèmes de transmission optique. Cela apportera un différentiateur très important pour les systémiers WDM ayant accès à une telle technologie. L’intégration de plusieurs longueurs d’onde au débit de 100Gb/s sur une seule puce apparaît aujourd’hui comme une des méthodes les plus prometteuses pour répondre à des demandes futures du marché concernant le 400Gb/s et le 1Tb/s. Alors que le projet MICROS vise à réaliser un récepteur cohérent sur plateforme photonique sur silicium, le projet ULTIMATE est focalisé sur la partie émission.
Publications et brevets : Pas encore de production scientifique