Couplage optique entre lasers de haute puissance et circuits photoniques pour les LiDARs

La photonique sur silicium a été initialement développée pour les télécommunications haute performance, mais de nouvelles applications ont rapidement émergés. On peut notamment citer le développement de LiDARs (Light Detection And Ranging) destinés à l’imagerie de l’environnement pour les véhicules et systèmes autonomes. En effet, les LiDARs existants sont constitués de composants discrets dont l’assemblage mécanique les rendent fragiles, chers et encombrants. En utilisant une puce photonique, le système actuel de balayage du faisceau optique (miroirs mobiles) pourrait être remplacé par un OPA (Optical Phased Array) intégré. Pour être capable de détecter des objets situés à plusieurs dizaines (voire centaines) de mètres, il est nécessaire d’utiliser un laser de forte puissance car seule une infime fraction de la lumière émise sera redirigée vers le LiDAR. Or, les quelques démonstrations de LiDARs à base d’OPAs intégrés, reposent sur des lasers externes très onéreux et incompatibles avec une commercialisation à grande échelle. La réalisation d’un couplage efficace entre un laser intégré puissant et une puce photonique est donc de première importance et n’a pas encore été démontré par la communauté. Au-delà des LiDARs, le couplage d’une forte puissance optique dans une puce photonique trouverait également écho pour de nombreuses autres applications : laser mode-lock de puissance, optique non linéaire, capteurs…

Dans le cadre du projet européen H2020 VIZTA, le CEA LETI travaille déjà sur cette problématique en collaboration avec le III-V lab situé à Saclay qui fournit les lasers. Cette thèse s’inscrit donc dans la continuité de ces travaux qui seront approfondis par le candidat avec pour objectif principal la démonstration d’un couplage efficace entre un laser de puissance et une puce photonique, ainsi que la réalisation de circuits démonstrateurs associés. En parallèle, plusieurs études amonts devront également être conduites par le candidat : évaluation de la tenue à la puissance des guides photoniques (effets non-linéaires), lasers mode-lock de puissance, contraintes de packaging (alignement, dissipation thermique…). Les principales activités conduites durant la thèse concernent la conception et la simulation des composants et circuits photoniques, le suivi de leur fabrication et leur caractérisation électrique et optique. Pour mener à bien le projet, le candidat aura accès aux moyens de calculs et aux bancs de caractérisation disponibles au CEA-LETI. Les développements technologiques seront réalisés sur des runs de fabrication réguliers via les plateformes photoniques 200mm du CEA Grenoble.

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