Resonant Tunneling Diode Photonics

Table of Contents

1.            Chapter 1: Introduction

1.1.        Introduction     

1.2.        Quantum tunneling devices       

1.3.        Negative differential conductance           

1.4.        Nonlinear dynamics       

1.5.        Optoelectronic integrated circuits (OEICs)           

1.6.        Outline

2.            Chapter 2: Resonant Tunnelling Diode – Electrical and Optical properties

2.1.        Introduction     

2.2.        Differential negative conductance           

2.2.1.    High-frequency response           

2.3.        Optical properties: Optical waveguiding, electroabsorption, photoconduction and lasers

2.3.1.    Optical waveguiding     

2.3.2.    Electroabsorption

2.3.3.    Photoconductivity and photodetection 

2.3.4.    Optical emission             

2.4.        Conclusions       

3.            Chapter 3: Resonant Tunnelling Diode – Electro-absorption Modulators 

3.1.        Introduction     

3.2.        Electro-optic and electro-absorption modulators             

3.2.1.    Electro-refraction modulators   

3.2.2.    Electro-absorption modulators (EAMs) 

3.3.        Resonant tunnelling diode EAM device 

3.4.        RTD-EAM operation principle     

3.5.        GaAs RTD-EAM operation at 900 nm       

3.5.1.    Device implementation and low frequency characterization         

3.5.2.    Optical modulation under applied external signals           

3.5.3.    Optical modulation enabled by self-sustained oscillations             

3.6.        InGaAlAs/InP RTD-EAM operation at 1550 nm   

3.6.1.    Device structure and low frequency characterization     

3.6.2.    RTD-EAM high frequency characterization           

3.7.        Conclusions       

4.            Chapter 4: Resonant Tunnelling Diode – Photo-detectors (RTD-PD)         

4.1.        Introduction     

4.2.        RTD-PD concept and principle of operation         

4.3.        RTD-PD implementation and characterization     

4.4.        Optical controlled high-frequency RTD-PD oscillators     

4.5.        Design guidelines of high photo-detection bandwidth RTD-PDs 

4.6.        Excitability detectors     

4.7.        Conclusions       

5.            Chapter 5: Resonant Tunnelling Diodes –Laser diodes (RTD-LD) (Charlie & Bruno)               

5.1.        Introduction     

5.2.        Hybrid RTD laser circuit 

5.2.1.    Model of the RTD-LD hybrid circuit         

5.3.        Integrated RTD laser circuit         

5.4.        Conclusions       

6.            Chapter 6: Nonlinear dynamics of RTD oscillators (Bruno)             

6.1.        Introduction     

6.2.        Photonic synchronisation and chaos       

6.2.1.    Injection locking             

6.2.2.    Period-adding bifurcation           

6.2.3.    Quasi-periodic route to chaos   

6.3.        Excitable spiking in neuromorphic photonic devices and systems

6.3.1.    Excitability (neuron-like) dynamics         

6.3.2.    Spiking and bursting dynamics   

6.3.1.    Bistable dynamics           

6.4.        Conclusions       

7.            Chapter 7: Resonant Tunnelling Diodes optoelectronic oscillators (RTD-OEO) (Bruno)       

7.1.        Introduction     

7.2.        Optoelectronic oscillator (OEO)

7.3.        Photonic integrated RTD-OEO   

7.3.1.    Single-optical fibre loop

7.3.2.    Dual-optical fibre loop 

7.3.3.    Time-delayed feedback Liénard oscillator model

7.4.        Regenerative RTD-OEO

7.5.        Conclusions       

8.            Conclusions       

References