Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les progrès de la microélectronique ont permis l’augmentation des débits d’information. Les techniques de modulations optiques, utilisées dans les télécoms, ne sont pas toujours satisfaisantes ou adaptées pour le transfert de l’information haut débit sur courtes distances. Il est donc nécessaire de mettre en place des solutions de transmission optique en bande de base. Cet article décrit les bases des communications optiques sur courtes distances, communément appelées « interconnexions optiques ». Après un rappel des considérations théoriques sur la propagation dans les fibres optiques, il détaille les technologies d’interconnexion, à savoir les principes d’alignement et de couplage, les transmetteurs/récepteurs optiques et autres fonctions associées. Il présente finalement les principaux axes de recherches et évolutions envisageables.
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The progress of the microelectronic industries enabled the increase of data communication. The Telecoms advanced optical modulation technics were not always suitable for short distance communications; it became a necessity to develop band-based optical communications for such applications. This articles introduces the basis of the so called “optical interconnects”, the short distance optical communications. After introducing the optical propagation principles, it presents the interconnection technologies such as the coupling and alignment or as the transceiver design. It finally gives an overview of the research activities in the area.
Auteur(s)
-
Mathias PEZ : Active components and systems business unit director (D-Lightsys) chez Radiall - Enseignant à l'École spéciale de mécanique et d'électricité (ESME-Sudria) - Spécialisation de l'École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (SUPAERO), Toulouse, France
INTRODUCTION
De nos jours, être connecté partout et en tout temps est devenu un mode de vie. Alors que les flux d'informations ne cessent d'augmenter et les réseaux d'être multipliés, la rapidité et la qualité de transfert d'informations deviennent primordiales. Pour répondre à ce besoin, la fibre optique et les communications numériques sont aujourd'hui omniprésentes, que ce soit par exemple dans les télécommunications très haut débit sur longues distances, dans les réseaux de capteurs de très courtes distances ou encore dans le traitement de signaux.
Le développement très rapide des nanotechnologies de fabrication (cristaux photoniques, métamatériaux, plasmonique, biophotonique...) a pour sa part entraîné des évolutions importantes dans le domaine de la photonique intégrée, permettant une intégration de plus en plus évoluée d'un nombre toujours croissant de fonctions électroniques dans des composants de taille sans cesse réduite.
Ces évolutions mènent donc naturellement à des techniques d'interconnexion optique dont les avantages intrinsèques (atténuation, cohérence, parallélisme, intégration, etc.) et l'utilisation massive dans les réseaux de communications longues distances en font un candidat idéal pour les liaisons entre composants.
Cet article introduit les technologies d'interconnexions optiques, leurs avantages et inconvénients face aux interconnexions traditionnelles. Après un bref rappel des notions de propagation guidée, les composants appropriés aux interconnexions optiques et des notions sur la conception des interfaces optoélectroniques seront présentés au lecteur, afin qu'il soit en mesure d'appréhender les différentes technologies mises en œuvre au sein des modules optoélectroniques. Cet article décrit l'impact des interconnexions optiques sur l'architecture physique et logicielle des systèmes de traitement et de communication. Les différentes technologies passives et actives sont détaillées pour aboutir à la réalisation de modules intégrés et à leur caractérisation en environnement.
En conclusion, les nouveaux axes de recherche seront introduits. Associés à la très forte croissance de la microélectronique, ils devraient permettre aux interconnexions optiques de s'imposer dans le domaine des communications entre cartes, entre composants et éventuellement au sein même d'un composant.
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MOTS-CLÉS
électronique numérique laser à cavité verticale propagation optique Microélectronique fibres optiques électronique lasers photodétecteurs micro-assemblage
KEYWORDS
digital electronics | vertical cavity surface emitting laser | optical propagation | Microelectronics | optical fibres | electronics | lasers | photodetectors | micro-assembly
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2001 par Mathias PEZ
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Conclusion4. Axes de recherches et évolution à long terme
Plusieurs défis technologiques doivent être relevés pour abaisser les coûts et augmenter la viabilité des interconnexions optiques. L'augmentation des débits de transmission nécessite des émetteurs et des récepteurs intégrés et/ou multiplexés en longueur d'onde. L'augmentation du parallélisme des liens mène au développement de matrices de VCSEL et de smart pixels (combinant émetteur et récepteur au sein de la même puce) et à l'utilisation de faisceaux de fibres ou d'interconnexions en espace libre. Le besoin de modules de communication intégrés requiert les nouvelles techniques d'alignement, d'assemblage, d'encapsulation et d'intégration hétérogène développées ci-après.
4.1 Technologies d'assemblage
L'utilisation de technologies d'interconnexions électriques collectives et d'alignement statique des composants permet de réaliser au niveau d'un wafer un grand nombre de pièces avec un nombre réduit d'étapes.
L'alignement passif de composants optoélectroniques, avec des précisions compatibles avec un couplage multimode, est rendu possible grâce aux technologies d'assemblage flip-chip. Ce procédé consiste à retourner le composant (face active vers le support d'assemblage) et à réaliser le report au moyen de billes métalliques servant à la fois de maintien mécanique et de contact électrique (figure 35). Les forces qui s'exercent lors de la refusion des billes de soudure favorisent un autopositionnement du composant reporté en regard de ses plots de contact. Cet effet est particulièrement intéressant pour le report de composants optoélectroniques sur le support d'alignement des fibres. La figure 35 montre un exemple de report d'une barrette de photodiodes au-dessus des V-grooves de positionnement des fibres. L'effet d'autoalignement du flip-chip permet le positionnement automatique de la barrette. La gravure humide du silicium permet d'obtenir des V d'une très bonne précision, dans lesquels viennent se loger les fibres. L'extrémité du V, lui aussi faisant un angle de 54,74o avec l'horizontale, peut servir, une fois métallisé, de miroir de renvoi du faisceau véhiculé par la fibre sur la zone active de la photodiode.
Des solutions entièrement planaires et collectives sont envisagées pour la réalisation des futurs systèmes d'interconnexions comme les modules multicomposants (MCM). Ces solutions consistent...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PÉREZ (J.P.) - Optique géométrique et ondulatoire. - Éditions Masson (1994).
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(2) - CHARTIER (G.) - Manuel d'optique. - Éditions Hermes (1997).
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(3) - SMITH (W.J.) - Modern optical engineering. - Mac Graw-Hill (1990).
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(4) - KASTLER (A.) - Optique. - Éditions Masson (1992).
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(5) - SALE (T.E.) - Vertical cavity surface emitting lasers. - John Wiley & Sons, Inc. (1997).
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(6) - MICKELSON (A.E.), BASAVANHALLY (N.R.), LEE (Y.C.) - Optoelectronic Packaging. - John Wiley & Sons, Inc. (1997).
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(7) - BUCHWALD (A.), MARTIN (K.) - Integrated...
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LCIE http://www.lcie.fr
CEE http://www.cordis.europa.eu
Eureka http://www.eureka.be
OIDA http://www.oida.org
DGA http://www.defense.gouv.fr/dga
Eurofinder http://www.defense.gouv.fr/dga
Ambassade de France aux États-Unis http://www.France-science.org
DARPA http://www.darpa.mil
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