Personne :
Jean, Philippe

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Jean
Prénom
Philippe
Affiliation
Université Laval. Département de génie électrique et de génie informatique
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Résultats de recherche

Voici les éléments 1 - 10 sur 12
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    Hybrid silicon-fiber funable multi-wavelength laser with switchable frequency spacing
    (IEEE, 2019-09-02) Jean, Philippe; Vallée, Jean-Michel; Shi, Wei
    Agile optical systems and elastic optical networks demand for flexible, high-performance laser sources. We demonstrate a hybrid silicon-fiber laser that can be largely tuned in wavelength, switched in frequency spacing and easily switched between multi- and single-wavelength operations. Single-mode laser with a fiber-coupled output power of 6 to 8 dBm was measured across the spectral range of 1545 to 1560 nm. No significant sign of power limitation from nonlinear absorption or free carrier generation in silicon was found. It is thus expected that a higher output can be obtained by improving the gain saturation performances as well as the fiber-to-chip coupling efficiency. For multiwavelength operation, we have achieved a frequency spacing switchable between 56 GHz, 75 GHz, and 225 GHz. For both the multi- and single-wavelength operations, a linewidth of less than 20 kHz was measured. All the tuning mechanisms have been realized on the silicon chip, providing a scalable solution for tunable fiber lasers with minimized cost and integration complexity.
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    Templated dewetting for self-assembled ultra low-loss chalcogenide integrated photonics
    (OSA Pub., 2021-10-11) Jean, Philippe; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei; Messaddeq, Younès; Douaud, Alexandre
    Integrated photonics is of growing interest but relies on complex fabrication methods that have yet to match optical losses of bulkier platforms like optical fibers or whispering gallery mode resonators. Spontaneous matter reorganization phenomenon (e.g. dewetting) in thin-films provides a way for self-assembled structures with atomic scale surface rugosity, potentially alleviating the problems of roughness scattering loss and fabrication complexity. In this article, we study solid-state dewetting in chalcogenide glass thin-films and demonstrate its applicability to the fabrication of high-quality integrated photonics components. Optimal dewetting parameters are derived from a comprehensive experimental study of thin-film properties under high temperature rapid annealing. Atomic scale surface roughness are obtained using dewetting, with RMS values as low as Rq = 0.189 nm. Several integrated photonics components are fabricated using the method and characterized. We show that the use of pre-patterned templates leads to organized, reproducible patterns with large-scale uniformity and demonstrate the record high quality-factor of 4.7 × 106 in compact (R = 50 µm) microdisks, corresponding to 0.08 dB⋅cm−1 waveguide propagation loss. The integrated devices are directly fabricated on standard silicon-on-insulator dice using the micro-trench filling technique and coupled to silicon waveguides, making them readily deployable with existing silicon devices and systems.
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    Heterogeneous integration of amorphous materials on the silicon-on-insulator platform
    (2022) Jean, Philippe; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei; Messaddeq, Younès
    La photonique sur silicium s'est établie comme plate-forme de choix pour le développement de systèmes photoniques abordables et ultra-compacts pouvant être fabriqués en masse et co-intégrés avec la microélectronique. Ces avantages contrastent avec les propriétés optiques imparfaites du silicium, créant une incertitude quant à la pertinence de la plate-forme face aux matériaux émergents qui promettent de meilleures performances pour des tâches spécifiques. Toutefois, ces matériaux émergents accusent un retard de développement face aux avancées rapides du silicium en matière de techniques de fabrication, de méthodes de conception et de maturité des composants. L'intégration hétérogène de matériaux émergents avec le silicium combine le meilleur des deux mondes : une solution aux limitations du silicium et un parcours de développement accéléré pour les nouveaux matériaux. L'étude des méthodes, des matériaux et des composants se rapportant à l'intégration hétérogène est un sujet riche trouvant application dans plusieurs domaines technologiques importants. La recherche réalisée dans cette thèse contribue au domaine de l'intégration hétérogène pour la plate-forme silicium-sur-isolant (SOI) avec une emphase sur les matériaux amorphes. Nos six contributions abordent divers sujets passant de la photonique athermique à la science des couches minces et culminent en une œuvre qui établit de nouvelles techniques, de nouveaux composants, de nouveaux matériaux et de nouveaux concepts. Dans notre première contribution, nous introduisons le verre de chalcogénure As₂₀S₈₀ comme matériau pour la compensation thermique des guides d'ondes en silicium. Contrairement aux démonstrations antérieures, l'indice élevé, les faibles pertes du film et sa capacité à être recoulé aboutissent en un guide d'ondes hybride à faible perte. Ces résultats s'ajoutent à la courte liste de matériaux pour la photonique athermique et démontre la possibilité d'obtenir à la fois un haut facteur de qualité et une bonne stabilité thermique dans un microrésonateur de silicium. Dans notre deuxième contribution, nous itérons sur nos travaux précédents pour démontrer l'usage des guides à réseaux sous-longueur d'onde afin d'améliorer l'interaction matière-lumière des guides hybrides As₂₀S₈₀-Si. L'ajout de degrés de liberté permet d'atteindre une compensation thermique presque parfaite avec un coefficient thermique du guide d'ondes réduit à −2.93 × 10⁻⁶ RIU/K. De plus, nous démontrons la possibilité de recouler le verre afin d'éliminer les vides d'air formés lors de la déposition de la gaine. Dans notre troisième contribution, nous présentons une nouvelle technique pour fabriquer des guides d'ondes de chalcogénure sans gravure directement couplés à des guides d'ondes de silicium. La technique est basée sur le remplissage de microsillons, où des ouvertures sont gravées dans la gaine d'oxyde jusqu'à la couche de silicium. Un recuit au-delà de la température de transition vitreuse permet d'induire le démouillage de la couche mince et mène à la formation d'un guide d'ondes rectangulaire lisse avec de faibles pertes de propagation de 0.7 dB · cm⁻¹. Dans notre quatrième contribution, nous utilisons la méthode de remplissage de microsillons afin d'intégrer pour la première fois l'oxyde de tantale avec le silicium. L'avantage de l'oxyde de tantale est souligné par la démonstration de microrésonateurs ayant une excellente stabilité thermique sur une bande passante record de 120 nm. Les propriétés linéaires et non linéaires exceptionnelles de l'oxyde de tantale suggèrent que ces microrésonateurs hybrides pourront trouver plusieurs applications futures. Dans notre cinquième contribution, nous proposons et démontrons de façon numérique et expérimentale que le remplissage de microsillons est une méthode d'intégration hétérogène universelle pouvant accommoder une très grande variété de matériaux amorphes. Par ailleurs, nous démontrons des microrésonateurs de chalcogénures ultra-compacts à haut facteur de qualité afin de supporter le fait que cette méthode ne compromet pas la densité d'intégration de la plate-forme SOI. Nous concluons ce chapitre avec une preuve de concept pour un nouveau guide d'ondes multi-couches rendu possible par la méthode de remplissage de microsillons. Finalement, dans notre sixième contribution, le phénomène du démouillage dans les couches minces est étudié plus en détails et appliqué au développement de composants photoniques auto-assemblés à très faible pertes. Nous présentons les résultats d'un étude expérimentale approfondie de l'effet d'un recuit à haute température sur les properties des films de As₂₀S₈₀, démontrant, entre autres, qu'il est possible d'atteindre des rugosités de surface d'échelle atomique avec cette méthode. Ce résultat suggère que le démouillage pourrait jouer un rôle important en photonique à pertes ultra-faibles puisque que le phénomène permet de diminuer la source de perte principale, la diffusion causée par la rugosité de surface. Ce potentiel est mis de l'avant par la démonstration d'un facteur de qualité record (4.7 × 10⁶) dans un microrésonateur planaire de chalcogénure.
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    Etchless chalcogenide microresonators monolithically coupled to silicon photonic waveguides
    (Optical Society of America, 2020-05-13) Messaddeq, Sandra Helena; Genest, Jérôme; Jean, Philippe; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei; Messaddeq, Younès; Douaud, Alexandre; Michaud-Belleau, Vincent
    Integration of chalcogenide waveguides in silicon photonics can mitigate the prohibitive nonlinear losses ofsilicon while leveraging the mature CMOS-compatiblenanophotonic fabrication process. In this work, wedemonstrate, for the first time, a method of integratinghigh-Q chalcogenides microring resonators onto the sil-icon photonics platform without post-process etching.The method uses micro-trench filling and a novel ther-mal dewetting technique to form low-loss chalcogenidestrip waveguides. The microrings are integrated di-rectly inside silicon photonic circuits through evanes-cent coupling, providing an uncomplicated hybrid in-tegration scheme without the need to modify the exist-ing photonics foundry process. The microrings showa high quality factor exceeding 6⇥105near 1550 nmand propagation losses below 0.7 dB/cm, indicatinga promising solution for low-cost, compact nonlinearphotonic devices with applications in various fieldssuch as telecommunications and spectroscopy.
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    Universal micro-trench resonators for monolithic integration with silicon waveguides
    (OSA Optical Materials Express, 2021-08-02) Jean, Philippe; Bah, Souleymane Toubou; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei; Messaddeq, Younès; Douaud, Alexandre
    We present a systematic study of micro-trench resonators for heterogeneous integration with silicon waveguides. We experimentally and numerically demonstrate that the approach is compatible with a large variety of thin film materials and that it does not require specific etching recipe development, thus making it virtually universal. The microresonators are fabricated through in-foundry silicon-on-insulator processing and in-house backend processing. We also report ultra-compact chalcogenide microresonators with radius as small as 5µ and quality factors up to 1.8 × 105. We finally show a proof-of-concept of a novel multilayer waveguide using the micro-trench technique.
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    Silicon subwavelength grating waveguides with high-index chalcogenide glass cladding
    (Optical Society of America, 2021-06-17) Jean, Philippe; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei; Messaddeq, Younès; Douaud, Alexandre
    Silicon subwavelength grating waveguides enable flexible design in integrated photonics through nano-scale refractive index engineering. Here, we explore the possibility of combining silicon subwavelength gratings waveguides with a high-index chalcogenide glass as a top cladding, thus modifying the waveguiding behavior and opening a new design axis for these structures. A detailed investigation of the heterogeneous SWG waveguide with high-index cladding is presented based on analytical and numerical simulations. We design, fabricate and characterize silicon subwavelength grating waveguide microring resonators with an As20S80 cladding. Thanks to As20S80 negative thermo-optic coefficient, we achieve near athermal behavior with a measured minimum thermally induced resonance shift of −1.54 pm/K, highlighting the potential of subwavelength grating waveguides for modal confinement engineering and to control light-matter interaction. We also show that the chalcogenide glass can be thermally reflowed to remove air gaps inside the cladding, resulting in a highly conformal structure. These types of waveguides can find application in reconfigurable photonics, nonlinear optics, metamaterials or slow light.
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    Sulfur-rich chalcogenide claddings for athermal and high-Q silicon microring resonators
    (OSA Pub., 2021-02-26) Jean, Philippe; LaRochelle, Sophie; Thibault, Tristan; Shi, Wei; Messaddeq, Younès; Douaud, Alexandre
    Heterogeneous integration of materials with a negative thermo-optic coefficient is a simple and efficient way to compensate the strong detrimental thermal dependence of silicon-on-insulator devices. Yet, the list of materials that are both amenable for photonics fabrication and exhibit a negative TOC is very short and often requires sacrificing loss performance. In this work, we demonstrate that As20S80 chalcogenide glass thin-films can be used to compensate silicon thermal effects in microring resonators while retaining excellent loss figures. We present an experimental characterization of the glass thin-film and of fabricated hybrid microring resonators at telecommunication wavelengths. Nearly athermal operation is demonstrated for the TM polarization with an absolute minimum measured resonance shift of 5.25 pm K−1, corresponding to a waveguide effective index thermal dependence of 4.28×10-6 RIU/K. We show that the thermal dependence can be controlled by changing the cladding thickness and a negative thermal dependence is obtained for the TM polarization. All configurations exhibit unprecedented low loss figures with a maximum measured intrinsic quality factor exceeding 3.9 × 105, corresponding to waveguide propagation loss of 1.37 dB cm−1. A value of−4.75(75)×10-5 RIU/K is measured for the thermo-optic coefficient of As20S80 thin-films.
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    Widely bandwidth-tunable silicon filter with an unlimited free-spectral range
    (Optical Society of America, 2015-11-17) Bahrami, Hadi; Jean, Philippe; St-Yves, Jonathan; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei
    Next-generation high-capacity optical networks require flexible allocation of spectrum resources, for which low-cost optical filters with an ultra-wide bandwidth tunability beyond 100 GHz are desired. We demonstrate an integrated band-pass filter with the bandwidth continuously tuned across 670 GHz (117–788 GHz) which, to the best of our knowledge, is the widest tuning span ever demonstrated on a silicon chip. The filter also features simultaneous wavelength tuning and an unlimited free spectral range. We measured an out-of-band contrast of up to 55 dB, low in-band ripples of less than 0.3 dB, and in-band group delay variation of less than 8 ps. This result was achieved using cascaded Bragg-grating-assisted contra-directional couplers and micro-heaters on the 220 nm silicon-on-insulator platform with a very compact footprint of less than 7000  μm2. Another design with the bandwidth continuously tunable from 50 GHz to 1 THz is also presented.
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    Restreint
    Silicon-coupled tantalum pentoxide microresonators with broadband low thermo-optic coefficient
    (Optical Society, 2021-07-30) Jean, Philippe; Bah, Souleymane Toubou; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei; Messaddeq, Younès; Douaud, Alexandre
    Stable microresonators are important integrated photonics components but are difficult to achieve on silicon-on-insulator due to silicon intrinsic properties. In this work, we demonstrate broadband thermally stable tantalum pentoxide microresonators directly coupled to silicon waveguides using a micro-trench co-integration method. The method combines in-foundry silicon processing with a single step backend thin-film deposition. The passive response of the microresonator and its thermal behavior are investigated. We show that the microresonator can operate in the overcoupled regime as well as near the critical coupling point, boasting an extinction ratio over 25 dB with no higher-order mode excitation. The temperature dependent wavelength shift is measured to be as low as 8.9 pm/K and remains below 10 pm/K over a 120 nm bandwidth.
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    Tunable slow-light in silicon photonics subwavelength grating waveguides
    (IEEE, 2019-12-09) Jean, Philippe; Gervais, Antoine; LaRochelle, Sophie; Shi, Wei
    Slow-light is experimentally demonstrated in subwavelength grating waveguides integrated on a silicon photonic chip. At the band-edge, a group index up to 30 is measured. We show that the band-edge wavelength varies linearly with the subwavelength grating period and can be shifted by thermal tuning.