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Dissertations / Theses on the topic 'Applications photoniques'
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Gaufillet, Fabian. "Cristaux photoniques à gradient : dispositifs et applications." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112295.
Full textAbstract:
Les matériaux artificiellement structurés que sont les cristaux photoniques sont couramment utilisés pour leurs propriétés dispersives. Leur constante diélectrique varie périodiquement à l'échelle de la longueur d'onde selon deux ou trois directions avec un contraste d'indice suffisamment élevé. La relation de dispersion ω = ω(k) qui résulte de cette variation périodique a la forme d'une structure de bande à l'intérieur de laquelle il existe des bandes interdites photoniques où la propagation du champ électromagnétique est interdite. En dehors de ces bandes, i.e. dans les bandes photoniques, se trouvent les propriétés de dispersion des cristaux photoniques.Le but de ce travail de thèse est de concevoir, de fabriquer et de caractériser des dispositifs à cristal photonique à gradient. Ces dispositifs ont été conçus de façon à s'appliquer dans les domaines allant des micro-ondes à l'optique. Nous avons conçu des dispositifs à partir de cristaux photoniques dont les propriétés dispersives les rendent analogues à des milieux linéaires, homogènes et isotropes (LHI). À la maille élémentaire de ces cristaux photoniques LHI, nous avons appliqué un gradient pour réaliser des lentilles à gradient 1D. Des résultats importants concernant la conception, la fabrication et la caractérisation expérimentale d'une lentille plate à gradient d'indice fonctionnant dans la bande X des micro-ondes sont reportés. Celle lentille focalise une onde plane incidente et collimate l'onde émise par une source ponctuelle situés dans son plan focal. Si cette lentille constitue en soi un démonstrateur et valide la démarche mise en œuvre pour la concevoir, ses applications potentielles concernent particulièrement les antennes. Nous réalisons également plusieurs lentilles à gradient 2D dont des lentilles de Lüneburg et Half Maxwell Fisheye; leurs applications aux antennes sont importantes. Nous nous intéressons aussi à la réalisation de lentilles optiques à gradient d'indice dites « SELFOC® ». Dans le but de confirmer les propriétés dispersives remarquables qui ont été mises en évidence, nous avons poursuivi dans ce sens en revisitant une expérience classique qui met en évidence l'existence des ondes évanescentes : celle du « double prisme à angle droit ». Nous mettons également en évidence le phénomène de « réflexion totale frustrée » ainsi que le décalage, découvert par Goos et Hänchen, que subit l'onde réfléchie sur le dioptre. Ce sont ces deux points — réflexion totale frustrée et effet Goos-Hänchen — que nous vérifions dans le cas de cristaux photoniques LHIArtificially structured materials that are photonic crystals are commonly used for their dispersive properties. Their dielectric constant varies periodically across the wavelength in two or three directions with a sufficiently high index contrast. The resulting dispersion relation ω = ω(k) of the periodic variation has the form of a band structure within which there are photonic bandgaps in which the propagation of the electromagnetic field is prohibited. Outside of these bands, i.e. in the photonic band, there are the dispersion properties of the photonic crystals.The aim of this thesis is to design, fabricate and characterize graded photonic crystal devices. These devices were designed to be applied in areas ranging from microwaves to optics. We designed devices from photonic crystals with dispersive properties which make them similar to linear, homogeneous and isotropic media (LHI). In the unit cell of the LHI photonic crystal, we applied a gradient to achieve 1D graded lenses. Important results regarding the design, manufacturing and experimental characterization of a flat lens GRIN operating in X-band microwaves are deferred. This lens focuses an incident plane wave and collimates the wave emitted by a point source located in its focal plane. If this lens is itself a demonstrator and validates the approach implemented for the design, its potential applications particularly concern antennas. We also carry several 2D graded lenses including Lüneburg and Half Maxwell Fisheye lenses; their applications to the antennas are important. We are also interested in making optical graded index lenses called "SELFOC®".In order to confirm the remarkable dispersive properties that have been identified, we continued in that direction by revisiting a classic experiment that highlights the existence of evanescent waves: the "double right angle prism". We also highlight the phenomenon of "frustrated total internal reflection" and the shift discovered by Goos and Hänchen suffered by the reflected wave on the interface. It's these two points – frustrated total internal reflection and Goos-Hänchen effect - that we check in the case of LHI photonic crystals
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Bahriz, Michaël. "Lasers à cascade quantique et leurs applications aux cristaux photoniques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00285503.
Full textAbstract:
Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit traite des lasers à cascade quantique à plasmons de surface dans la gamme spectrale du moyen-IR et de leurs applications aux cristaux photoniques moyen-IR et THz. Pour les grandes longueurs d'onde (λ > 10µm) la lumière est confinée au sein de la région active du laser grâce à une couche de métal déposée directement à la surface de la région active. Ces guides sont appelés guide à plasmons de surface. La faible épaisseur de ces guides est un atout majeur pour la fabrication de dispositifs à cristal photonique ou DFB (Distributed Feed Back). Ce manuscrit présente une étude complète de ces guides. Il démontre de manière expérimentale et théorique qu'il est possible d'améliorer les performances de ces guides en utilisant une couche d'argent à la place de l'or habituellement utilisé. Pour approfondir cette étude, une méthode originale basée sur les guides multisections et permettant de mesurer les pertes et le gain des guides à plasmons de surface a été soigneusement étudiée à l'aide de nombreuses expériences. La deuxième partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude théorique du réseau nid d'abeille pour la fabrication de microcavité laser pour le moyen-IR et le THz. Cette étude est réalisée grâce à des simulations bidimensionnelles à partir d'un code utilisant la méthode des ondes planes et en trois dimensions grâce à un code utilisant la méthode FDTD (Finite-Difference Time-Domain). Lors de ces études, un phénomène nouveau a été mis en évidence sur les guides métal-métal THz démontrant qu'il est possible d'implémenter un cristal photonique par la seule structuration du métal du contact supérieur.
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Beznasyuk, Daria Vyacheslavovna. "Nanofils à hétérostructures axiales GaAs/InAs pour applications photoniques sur Si." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY032/document.
Full textAbstract:
Un objectif technologique important de l’industrie des semiconducteurs concerne l’intégration sur Si de semiconducteurs III-V à bande interdite directe tels que InAs et GaAs, pour réaliser des émetteurs et détecteurs de lumière aux longueurs d'onde de télécommunication. L'épitaxie de couches minces d'InAs et de GaAs sur Si est cependant difficile en raison de la grande différence de paramètre de maille entre ces matériaux. Ces films minces épitaxiés présentent une interface de mauvaise qualité limitant les performances de futurs dispositifs. Pour surmonter le défi de l’épitaxie de matériaux à fort désaccord de maille, il a été proposé d’utiliser des nanofils en raison de leur dimension latérale réduite et de leur rapport hauteur/largeur élevé. Ainsi, les nanofils relâchent la contrainte par relaxation élastique sur la paroi latérale des nanofils. Dans ce contexte, ma thèse visait à faire croître des hétérostructures axiales de nanofils GaAs/InAs sur des substrats Si pour réaliser des émetteurs à photons uniques. Lors de ce travail expérimental, j'ai fait croître des nanofils par le mécanisme vapeur-solide-liquide assisté par catalyseurs d'or dans un réacteur d'épitaxie par jet moléculaire. Les nanofils ont ensuite été caractérisés en utilisant la spectroscopie à rayons X par dispersion d'énergie et la microscopie électronique à transmission pour évaluer leur composition et leur structure cristalline. La distribution de la contrainte a été étudiée expérimentalement par analyse de phase géométrique, puis comparée à des simulations par éléments finis. Au cours de cette thèse, j'ai abordé différents défis inhérents aux hétérostructures axiales de nanofils, tels que la formation de nanofils tordus, la composition graduelle de l’interface et la croissance radiale parasite. J'ai d'abord optimisé le protocole de croissance pour éviter la formation de nanofils tordus. Les nanofils changent habituellement de direction de croissance lorsque le catalyseur d'or à l'extrémité du nanofil a été déstabilisé. En gardant une forte sursaturation dans la gouttelette d'or pendant toute la procédure de croissance, j’ai obtenu des nanofils droits d’InAs/GaAs avec un rendement de 92%. J’ai alors optimisé les flux de matériaux pour réduire la composition graduelle de l'interface entre les segments d’InAs et de GaAs. Grâce à l'analyse de la composition chimique des nanofils, j'ai observé que le segment nominalement pur d’InAs est en fait un alliage ternaire InxGa1-xAs. J'ai découvert que l'incorporation de Ga dans le segment nominal InAs est due à la diffusion d'adatomes Ga créés thermiquement sur les nanofils GaAs et sur la couche de GaAs bidimensionnelle développée sur le substrat de Si. L'utilisation de diamètres larges de nanofils supprime la diffusion de Ga le long des parois latérales des nanofils, permettant ainsi la croissance d’un segment d’InAs pur au-dessus de celui de GaAs. Enfin, j'ai étudié la distribution de la contrainte de 7% à l’interface InAs/GaAs. Celle-ci est répartie le long du nanofil et dépend du diamètre du nanofil et de la composition de l'interface. J'ai observé que les nanofils de diamètre inférieur à 40 nm sont exempts de dislocations: la contrainte est relaxée élastiquement via la courbure des plans cristallins proches des parois latérales du nanofil. D'autre part, les nanofils avec des diamètres supérieurs à 95 nm relaxent à la fois élastiquement et plastiquement, par une courbure des plans et la formation de dislocations. En conclusion, j'ai fabriqué des hétérostructures de matériaux à fort désaccord de maille. J’ai pu confirmer que les interfaces axiales GaAs/InAs sont pseudomorphiques en dessous d'un certain diamètre critique. Ces résultats constituent une première étape vers la réalisation de boîtes quantiques InAs dans des nanofils de GaAs intégrés sur Si: un système prometteur pour l'émission de photons uniques sur puceCombining direct bandgap III-V compound semiconductors, such as InAs and GaAs, with silicon to realize on-chip optical light emitters and detectors at telecommunication wavelengths is an important technological objective. However, traditional thin film epitaxy of InAs and GaAs on silicon is challenging because of the high lattice mismatch between the involved materials. These epitaxial thin films exhibit a poor quality at the interface with silicon, limiting the performance of future devices. Nanowires can overcome the mismatch challenge owing to their small lateral size and high aspect ratio. Thanks to their free, unconstrained surfaces, nanowires release the mismatch strain via elastic lateral relaxation. In this context, my thesis aimed at growing axial GaAs/InAs nanowire heterostructures on silicon substrates to realize on-chip, integrated, single-photon emitters. In this experimental work, I grew nanowires by gold-assisted vapor liquid solid mechanism in a molecular beam epitaxy reactor. The nanowires were then characterized using energy dispersive x-ray spectroscopy and transmission electron microscopy to evaluate their composition and crystalline structure. Strain distribution was studied experimentally using geometrical phase analysis and compared theoretically with finite element simulations, performed with the COMSOL software. During this thesis, I tackled different challenges inherent to axial nanowire heterostructures, such as kinking during material exchange, compositionally graded interfaces, and radial overgrowth. First, I developed an optimized a growth protocol to prevent the formation of kinks. Kinks usually appear when the gold catalyst at the nanowire tip has been destabilized. By keeping a high supersaturation in the gold droplet during the entire growth procedure, straight InAs-on-GaAs nanowires were achieved with a yield exceeding 90%. By a careful tuning of the material fluxes supplied during growth, I significantly improved the interface sharpness between the InAs and GaAs nanowire segments: the use of a high In flux during the growth of the InAs segment resulted in a 5 nm composition gradient at the InAs/GaAs interface. Through the careful analysis of the nanowires’ chemical composition, I observed that the nominally pure InAs segments grown on top of GaAs are in fact ternary InxGa1-xAs alloys. I found out that Ga incorporation in the nominal InAs segment is due to the diffusion of Ga adatoms thermally created on the GaAs nanowire sidewalls and on the two-dimensional GaAs layer grown on silicon substrate. I demonstrated that the use of large nanowire diameters prevents Ga diffusion along the nanowire sidewalls, resulting in the growth of pure InAs segments on top of GaAs. Finally, I studied how 7% mismatch strain at the InAs/GaAs interface is distributed along the nanowire, depending on the nanowire diameter and interface sharpness. I observed that nanowires with diameters below 40 nm are free of misfit dislocations regardless of the interface sharpness: strain is fully, elastically released via crystalline planes bending close to the nanowire sidewalls. On the other hand, nanowires with diameters above 95 nm at the interface exhibit strain relaxation, both elastically and plastically, via plane bending and the formation of misfit dislocations, respectively. In conclusion, I have successfully fabricated highly mismatched heterostructures, confirming the prediction that axial GaAs/InAs interfaces are pseudomorphic below a certain critical diameter. These findings establish a first step towards the realization of high quality InAs quantum dots in GaAs nanowires on silicon: a promising system for on-chip single photon emission
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Moret, Matthieu. "Hétérostructures GaN/AlGaN obtenues par MOCVD : applications de types photoniques et électroniques." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20197.
Full text
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Ourir, Abdelwaheb. "Applications de matériaux à bandes interdites photoniques et de métamatériaux en télécommunications." Paris 11, 2006. http://www.theses.fr/2006PA112249.
Full text
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Berry, Florian. "Nanostructuration et cristaux photoniques à base de pérovskites hybrides pour applications photovoltaïques." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEC022.
Full textAbstract:
Le matériau pérovskite présente de nombreux avantages : excellentes propriétés optoélectroniques, faibles coûts des matières premières et vaste éventail de techniques de dépôt. Ceci en fait un candidat prometteur pour les applications photovoltaïques. Les cellules solaires en pérovskite ont ainsi vu leurs rendements de conversion progresser de 6 % à 25 % en moins de 10 ans. Cependant les pérovskites présentent un gap direct, et leur absorption chute brusquement lorsque la longueur d’onde passe au-dessus de λgap. Les cristaux photoniques sont des structures périodiques permettant, en fonction de leurs paramètres, d’améliorer l’absorption aux alentours du gap du matériau. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier l’intégration d’un cristal photonique dans une cellule solaire pérovskite. Nous avons dans un premier temps optimisé le dépôt de pérovskite pour obtenir une couche uniforme et continue. Nous avons ensuite réalisé différentes étapes d’impression sur les couches. Ce procédé, grâce à l’application d’une pression, permet de structurer un matériau suivant la forme inversée d’un moule. Deux types d’impression ont été étudiés et optimisés : la compression plane, permet d’aplanir la pérovskite et d’obtenir une couche de très faible rugosité tout en améliorant la cristallisation de la pérovskite ; la nanoimpression, qui s’effectue avec un moule structuré. Les paramètres des deux procédés ont été optimisés, nous avons démontré qu’elle est applicable à une large gamme de moules, avec des motifs de tailles et de dimensions différentes. Nous avons pu réaliser un cristal photonique dans la couche de pérovskite permettant d’améliorer l’absorption de celle-ci. Finalement, nous avons réalisé des cellules solaires en utilisant le procédé d’impression (compression plan et nanoimpression) sur la couche de pérovskite. En obtenant un rendement de conversion pour les deux types de cellules, nous avons montré la faisabilité de telles cellulesPerovskite material has many advantages: excellent optoelectronic properties, low raw material costs and a wide range of deposition techniques. This makes it a promising candidate for photovoltaic applications. Perovskite solar cells have seen their efficiency increase from 6% to 25% in less than 10 years. However, the perovskites present a direct gap, and the absorption in this material drops suddenly when the wavelength passes above λgap. Using photonic crystals based on periodic structures allow, to improve the absorption around the gap of the material. The objective of this thesis is to study the integration of a photonic crystal in a perovskite solar cell.We have first optimized the perovskite deposition process in order to obtain a uniform and continuous layer. Then, we have carried out different imprint tests on the layers. This process, by applying a pressure, makes it possible to structure a material according to the inverted shape of a mold. Two types of imprint have been studied and optimized: flat compression, which, using a flat mold, makes the perovskite less rough and allows to obtain a better crystallization; and nanoimprint, using a nano-structured mold. An increase in grain size compared to simple annealing of perovskite without imprint has also been noticed. For nanoimprint, we have tested and optimized the impact of pressure and temperature on the perovskite structuration. After development and optimization of this technique on perovskite, we have shown that it is applicable to a wide range of molds, with patterns of different sizes and dimensions. We were able to make a photonic crystal in the perovskite layer to improve its absorption. Finally, we have realized solar cells using the imprint process (flat compression and nanoimprint) applied on the perovskite layer. By obtaining a conversion efficiency for the two types of cells, we have demonstrated the feasibility of such cells
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Pommarede, Xavier. "Circuits photoniques intégrés III-V/Si pour les applications en télécommunications optiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC020/document.
Full textAbstract:
Afin de poursuivre leur montée en débit, les composants des télécommunications par fibre optique nécessitent l'élaboration de nombreuses briques de base : laser, modulateur, photo-détecteur, multiplexeur... et leur intégration avec les circuits de traitement du signal. Cette thèse a pour objectifs de concevoir et de caractériser ces différentes briques actives et passives en utilisant la technologie hybride III-V/Si. Ces briques sont ensuite utilisées dans des circuits photoniques intégrés (PIC) complets d'émission et de réception, qui présentent des avantages tels qu'une. taille réduite, une consommation et un coût de fabrication faibles. . Après une partie d'introduction, plusieurs éléments passifs sont étudiés en détail dans la 2ème partie : guides d 'ondes, virages, diviseurs de puissance, croisements de guides et hybride 90°. Tous ces dispositifs présentent de bonnes performances compatibles avec leur utilisation dans les PICs.La 3ème partie traite le problème du (dé)-multiplexage en longueur d'onde. Trois dispositifs sont étudiés : le démultiplexeur basé sur des résonateurs en anneau, des réseaux échelle et des AWG (arrayed waveguide grating). Pour les réseaux échelles, des performances à l'état de l'art ont été démontrées, d'une part sur un composant de 16 canaux séparés de 100GHz et d'autre part sur un composant de 4 canaux séparés de 20nm avec un profil aplati. Une méthode de simulation d'AWG a ensuite été présentée avec des résultats expérimentaux et théoriques à l'appui. La dernière partie traite des composants dits "actifs" et de l'intégration de toutes les fonctions précédentes dans des circuits photoniques intégrés. Les composants actifs étudiés sont les lasers, les Amplificateurs optiques en semi-conducteurs (SOA), les modulateurs à électro-absorption (EAM) et enfin les jonctions PN sur silicium comme modulateur de phase. Les PICs présentés sont d'abord deux générations de laser accordable intégré avec un EAM avec une transmission à 10Gbit/s sur 50km. Puis sont étudiés des modulateurs I/Q avec source laser accordable intégrée, d'une part avec des jonctions PN en silicium et d'autre part avec des EAM comme modulateurs pour des débits cibles de 25Gbaud/s.Une conclusion générale est tirée à la fin de la thèse. Des perspectives à court et moyen termes sont également tracéesIn order to follow the new needs in terms of optical bandwidth, optical fiber communications require the elaboration of numerous building blocks: laser, modulator, photo-detector...and their integration with signal processing circuits. This thesis has for objective the conception and caracterisation of various active and passive building blocks using the hybrid III-V/Si technology. These building blocks are then used in photonic integrated circuits (PIC) with all the necessary emission and reception functions. This enables a reduced footprint, a lower power consumption and fabrication cost.After an introduction section, several passive elements are studied in detail in the second part: waveguides, bends, power splitters, waveguide crossings and hybrid 90°. All these designs present good performances compatible with their integration in PICsThe third part treats the problem of wavelength (de)-multiplexing. Three types of device were studied: a demultiplexer based on ring resonators, echelle gratings and arrayed waveguide gratings (AWG). For the echelle gratings, state-of-the-art performances were demonstrated, first on a sample with 16 channels separated 100GHz and on the other hand a sample with 4 channels separated 20nm with a flettened profile. A simulation method for the AWG was presented with experimental and theoretical results to support the method.The last part is about "active" devices and the integration of all the previous designs in PICs. The studied active components are the lasers, semi-conductor optical amplifiers (SOA), electro-absorption modulators (EAM) and finally silicon PN junctions used as phase modulators. Two generations of a tunable laser integrated with an EAM were studied with a transmission at 10Gbit/s over 50km. The next section studied I/Q modulators with an integrated tunable laser source, using either PN silicon junction modulators or EAM with a target speed of 25Gbaud/s.A general conclusion is drawn at the end of the thesis. Short term and mid-term perspectives were also drawn
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Hofman, Maxence. "Composants optiques à base de cristaux photoniques pour applications à l'imagerie infrarouge." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10051/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte principalement sur un composant issu des concepts d'ingénierie de dispersion des métamatériaux et des cristaux photoniques qu'est la "superlentille". Un bref rappel des fondamentaux sur les cristaux photoniques bidimensionnels pour l’étude des structures de bandes est fait, avant de présenter les différents régimes de réfraction extraordinaires que l’on peut mettre en évidence en exploitant l’isotropie et/ou l’anisotropie des courbes de dispersion. Une lentille plate à cristaux photoniques ainsi que les solutions envisagées pour en optimiser la résolution et l’adaptation à son milieu environnant sont présentées (collaboration Institut Fresnel/Marseille). Les méthodes de fabrication de cette lentille, issues des technologies de la nanoélectronique, sont également présentées. L'originalité de notre procédé réside en sa simplicité car il ne nécessite qu'un seul niveau de masque pour la lithographie électronique et la gravure profonde pour transférer la totalité de notre dispositif sur l'échantillon. Les caractérisations sont effectuées grâce à un microscope optique en champ proche (ICB / Université de Dijon) et les images interprétées, en recourant notamment aux résultats de simulations tridimensionnelles. Nous explorons ensuite une application dans le domaine de la détection de cibles et de l’imagerie, basée sur les techniques de tomographie en réflexion. Enfin, des dispositifs exploitant une ingénierie localisée de l'indice issus des techniques de l’optique de transformation de type lentilles à gradient d’indice et tapis magiques sont abordés afin d'élargir notre champ d’applicationsThis work is devoted to the « superlens », a photonic device issued from dispersion engineering concepts. A brief review of the basic concepts of two dimensional photonic crystals for band structure formation is given, followed by a presentation of the different regimes of ultra-refraction which can be evidences by exploiting the isotropy and/or anisotropy of the dispersion branches. The negative refraction properties of a fully dielectric heterostructure aimed to operate at 1.55 µm are detailed, as well as a full study of a photonic crystal based flat lens. In that case, efforts are devoted to the optimization of the resolution and to the device matching to its environment (collaboration : Fresnel Institute in Marseille). The fabrication process for such a lens, which makes use of advanced tools of nanoelectronics, is then presented. The originality of our process stands in its simplicity since only one mask level is used, for the lithography and the deep etching, to transfer the full design on the sample. Characterization is done using a SNOM (ICB / Dijon University) ant the images are interpreted using three-dimensional simulation results. Then, we explore a specific application in the domain of target detection and imaging, using tools of reflecting tomography, for which the flat lens could bring an added value compared to classical approaches. Finally, devices exploiting a local dispersion index engineering (concepts of transformation optics) like “gradient index lenses” or “magical carpets” are envisaged to enlarge the field of applications
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Liu, Bo. "Gravure de l'InP par plasma chloré à couplage inductif : applications aux cristaux photoniques." Nantes, 2007. http://www.theses.fr/2007NANT2015.
Full textAbstract:
Dans le cadre d'une collaboration avec le laboratoire LEOM (laboratoire d'électronique, Optoélectronique et Microsystème) de l’Ecole Centrale de Lyon, nous avons mené une étude concernant la gravure de l’InP par plasma ICP chloré. Ce type de procédé est considéré comme une étape clef dans la réalisation des cristaux photoniques à base d’InP. Afin de mieux comprendre les mécanismes Dans le cadre d’une collaboration avec le laboratoire LEOM (Laboratoire d’Electronique, physiques et cinétiques de la décharge ICP et son effet sur les propriétés structurelles et géométriques du matériau gravé, nous avons étudié, dans un premier temps, les phénomènes électriques et de transport par plasma en utilisant une sonde de Langmuir et la spectroscopie d’émission. Ces études ont montré l’effet de certains paramètres machine comme la puissance RF du réacteur ICP et la pression du gaz sur les propriétés électriques et de transport d’espèces chargées en particulier les électrons dont la densité et la température électroniques jouent un rôle important dans la décharge plasma. C’est ainsi que les évolutions de la densité et la température électroniques en fonction de la puissance RF et la pression du gaz ont été étudiées pour deux type de gaz : le chlore pur et le mélange Cl2/Ar. D’autre part, des analyses de surfaces d’InP gravées ont été effectuées en utilisant l’XPS (X-ray Photoélectron Spectroscopie), l’AFM (Atomic Force Microscopie) et la spectroscopie Raman. Les résultats révèlent que, contrairement à la gravure de l’InP par plasma de CH4/H2 où les surfaces gravées sont plutôt appauvries en phosphore, la gravure d’InP par plasma chloré présente dans la plupart des cas un appauvrissement de surface en indium. En parallèle à cette étude expérimentale, nous avons développé un modèle cinétique pour deux types de plasma : un plasma de Cl2 et celui de Cl2/Ar. Ce modèle est basé sur une approche globale qui permet de calculer les densités moyennes et les flux d’espèces présentes dans la décharge en résolvant les équations de bilan de masse. L’ajout de l’équation de bilan de puissance et l’équation de neutralité permet la détermination d’une manière auto-cohérente de la densité et la température électroniques en fonctions des paramètres machine. Les résultats obtenus par le modèle cinétiques ont été comparés à ceux obtenus par l’expérience. Un bon accord a été observé dans le cas d’un plasma de chlore pur et celui de mélange Cl2/ArThis project is carried out in collaboration with LEOM (Laboratoire d’Electronique, Optoélecronique et Microsystème) of l’Ecole Centrale de Lyon. It concerns the InP etching by the chloride ICP plasma discharge. This kind of processes is considered as a key in the photonic crystals devices manufacturing. In order to understand the physical and kinetic mechanisms of the ICP discharge and their effects on the geometrical and structural properties of etched InP materials, we have studies, in first time, the electric and transport phenomena in plasma using Langmuir probe and optical emission spectroscopy. These studies showed the effect of certain reactor parameters, such as RF power and gas pressure, on the electric and transport properties for two plasma types: pure chlorine and Cl2/Ar mixture. On the other hand, the surface analyses of etched InP have carried out using XPS, AFM and Raman spectroscopy. The results showed that, contrary to InP etching by CH4/H2 plasma in which the etched surfaces are in phosphorus depletion, the InP etching by chloride plasma presents, in the most case, the indium depletion on the surface. In parallel to this experimental study, we have developed a kinetic model for two types of plasma: pure chlorine plasma and Cl2/Ar plasma. This model is based on the global approach that allows to calculate the average densities and fluxes or reactive species in the plasma discharge by resolving the mass balance equations. The results obtained by the kinetic model have been compared to those of experiment. A good agreement has observed for the pure chlorine plasma and Cl2/Ar plasma
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Ayenew, Getachew Tilahum. "Investigation of photonic properties of self-assembled nanoparticule monolayer : applications to photonic crystals and patterned organic light emitting diodes." Thesis, Paris 13, 2014. http://www.theses.fr/2014PA132062/document.
Full textAbstract:
Nous étudions les propriétés photoniques dans le plan de monocouches de nanostructures auto-organisées. L'objectif de cette l'étude est d'appliquer les nanostructures auto-organisées pour la réalisation de cavités à cristaux photoniques (CP), et de nouvelles sources de lumière organiques. Le premier chapitre présente les opales et les opales-inverse réalisées à partir de nanoparticules auto-organisées et leurs propriétés optiques. Dans une deuxième partie, sont introduits les cristaux photoniques, leur physique et les outils numériques pour les quantifier. Le deuxième chapitre se concentre sur l'étude des propriétés photoniques de réseaux périodiques bidimensionnels de monocouches de nanoparticules diélectriques auto-organisées. La transmission optique dans le plan du cristal et l'existence de bandes interdites photoniques sont systématiquement étudiées en utilisant la méthode numérique des différences finies dans le domaine temporel en trois dimensions (3D FDTD). Les structures étudiées sont des monocouches de sphères diélectriques entourés d'air («opales») ou des sphères d'air entourées par un matériau diélectrique («opales inverses») en treillis triangulaire, avec et sans substrat de verre. Les bandes interdites photoniques (BIP) sont étudiées en fonction du contraste d'indice et de la compacité des sphères. Pour les structures sans substrat, la BIP est observée pour les faibles indices de réfraction des matériaux. Toutefois, la présence d'un substrat de verre réduit les BIP. Défaut microcavité conçu en opales et opales inverses sont alors pris en compte. Le meilleur facteur de qualité sont obtenus avec des inverses-opales lorsque la compacité (r/a ) est d'environ 0,32. Une expérience pour mesurer la propagation dans le plan dans des monocouches de opales est présentée. Dans le troisième chapitre de cette étude, nous présentons une nouvelle approche de nanostructuration bidimensionnelle qui utilise la photolithographie et des nanoparticules auto-organisée pour nanostructurer de diodes électroluminescentes organiques. Cette technique utilise la photolithographie classique, un photo masque réutilisable faits de micro nanoparticules auto-organisées, et une résine photosensible. Le masque est constitué de micro-sphères de SiO2 et de polystyrène monodisperses de taille sub-micronique déposées d'une manière auto-organisée sur un substrat de quartz. Le principe de fonctionnement est similaire à celui de la photolithographie classique, sauf que deux configurations peuvent être distingués : le mode contact-dure et le mode contact-doux. Dans la première configuration, chaque microsphère agit comme une lentille micro-boule qui focalise la lumière et expose la partie de la résine photosensible au-dessous d'elle. Le motif résultant reproduit l'agencement du réseau triangulaire des sphères avec la même période. Dans le mode de contact-doux un comportement de masque de phase est obtenu qui se traduit par des périodes de réseau égales à la moitié du diamètre de la sphère. La période de réseaux et le diamètre des trous les plus petits obtenus avec une source de lumière de 405 nm sont respectivement 750 nm et 420 nm. Finalement, cette nouvelle technique de structuration de motifs bidimensionelle est appliquée à la nanostructuration d'OLEDs. Comme exemple, des OLEDs nano-structurées avec des couleurs d'émission vertes et rouges sont réalisées et présentéesWe investigate the in-plane photonic properties of monolayer of self-organized nanostructures. We aim at investigating the contribution of photonic self-organized nanostructures to organic photonic crystal (PhC) cavities, and novel organic light sources.The first chapter presents bulk opals and inverse-opals made of self-organized nanoparticles and their optical properties. In a second part, photonic crystals are introduced as well as the physics and the numerical tools to quantify them.The second chapter deals with the study of photonic properties of two-dimensional periodic array of monolayer of self-organized dielectric nanoparticles. The in-plane optical transmission and the existence of photonic band gap are systematically studied by using the 3D finite-difference time domain (3D FDTD) method. The structures studied are monolayer of dielectric spheres surroundedby air ('opals') and air spheres infiltrated with dielectric material ('inverse opals') in triangularlattice, with and without glass substrate. The dependence of photonic band gaps (PBGs) on therefractive index and on the compactness of spheres is studied. For self-sustained structures, PBG isobserved for relatively low refractive indices of materials. However, the presence of a glasssubstrate reduces the PBGs. Defect microcavity designed in opals and in inverse opals are then considered. The best quality factor are obtained with inverse-opals when the compactness (r/a ratio) is around 0.32. An experiment to measure the in-plane propagation in monolayers of opals is presented. In the third chapter of this study, we present a new approach of two-dimensional patterning based on self-organized nanoparticle photolithography for nanostructuration of organic light emitting diodes. This technique uses conventional photolithography, a reusable photomask made of self organized micro nanoparticles, and a conventional photoresist. The mask consists of micro and submicronsized SiO2 or Polystyrene mono-dispersed spheres deposited in a self-organized manner on aquartz substrate. The principle of operation is similar to the one of conventional photolithography except that two configurations can be distinguished : The hard-contact mode and the soft-contact mode. In the first configuration, each microsphere acts as a micro ball-lens that focuses the light and expose the part of the photoresist underneath the spheres. The resulting pattern reproduce the triangular lattice arrangement of the spheres with the same period. In the soft contact mode a phase mask behavior is obtained which results in lattice periods being the half of the sphere diameters. Lattice periods and hole diameter as small as 750 nm and 420 nm respectively are demonstrated with a 405 nm light source. Eventually, this new two-dimensional patterning technique is applied to the nanostructuration of OLEDs. As an example, green and red patterned OLEDs are demonstrated
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Benoit, Florence. "Développement de cristaux photoniques par voie sol-gel pour des applications laser de puissance." Thesis, Tours, 2015. http://www.theses.fr/2015TOUR4029/document.
Full textAbstract:
Les cristaux photoniques (CP) 3D sont des matériaux périodiques dont l’indice de réfraction varie périodiquement à l’échelle de la longueur d’onde. Cette propriété optique permet d’élaborer des composants optiques spécifiques comme des miroirs pour les lasers de puissance. Ces structures doivent présenter une meilleure tenue au flux laser (TFL) en régime sub-nanoseconde, comparés aux revêtements miroirs multidiélectriques actuels. Cette propriété est attendue car un unique matériau présentant une bonne TFL est utilisé pour leur élaboration, la silice. Cette étude présente donc le développement de cristaux photoniques colloïdaux 3D en utilisant la technique de Langmuir-Blodgett. Ces CP sont constitués de particules de silice avec une distribution en taille étroite, synthétisées par voie sol-gel. Différentes synthèses ont donc été développées et comparées afin d’obtenir les meilleures propriétés réfléchissantes. Une modélisation a aussi été effectuée en incluant des défauts dans une structure parfaite pour just ifier certains résultats expérimentauxThree-dimensional photonic crystals (PCs) are periodic materials with a modulated refractive index on a length scale close to the light wavelength. This optical property allows the preparation of specific optical components like highly reflective mirrors. Moreover, these structured materials might have a high laser-induced damage threshold (LIDT) in the sub-nanosecond range compared to multi-layered dielectric mirrors. This property is obtained because only one high LIDT material (silica) is used. In this work, we present the development of 3D PCs with narrow-sized colloidal silica particles, prepared by sol-gel process and deposited with Langmuir- Blodgett technique. Different syntheses routes have been investigated and compared regarding the optical properties of the PCs. A numerical model based on an ideal opal network including defect influence is used to explain these experimental results
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Stiller, Birgit. "La diffusion Brillouin dans les fibres à cristaux photoniques : fondements et applications aux capteurs optiques." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00690640.
Full textAbstract:
Le cadre général dans lequel s'insère ce travail de thèse est celui de l'étude de la diffusion Brillouin dans une nouvelle génération de fibres optiques à cristaux photoniques (PCFs). Ces fibres, qui présentent un arrangement périodique de micro-canaux d'air parallèles le long de la fibre, possèdent en effet des propriétés optiques et acoustiques remarquables et inédites par rapport aux fibres conventionnelles. De fa¸con plus précise, nous montrons dans ce travail, par le biais de simulations numériques et de données expérimentales, que les fibres à cristaux photoniques offrent la possibilité de supprimer ou, à contrario, augmenter les interactions entre les photons et les phonons. Dans une première partie, nous présentons une méthode de cartographie des fluctuations longitudinales de la microstructure des fibres PCFs 'a l'aide d'un capteur distribué basé sur une méthode innovante d'écho Brillouin. Cette méthode, très sensible et à haute résolution, est directement intéressante pour caractériser et améliorer l'uniformité des PCFs lors de leur fabrication et également pour la détection des différentes contraintes de température et étirement induites le long des fibres. Sur le plan fondamental, notre système de mesure distribuée à haute résolution nous a également permis d'observer, pour la première fois à notre connaissance, le temps de vie des ondes acoustiques dans les fibres à cristaux photoniques et les fibres standard. Par ailleurs, sur le plan technique, nous avons développé une architecture simplifiée de capteur distribué combinant la technique des échos Brillouin et celle de la modulation différentielle par déplacement de phase avec un seul modulateur d'intensité. Nos résultats montrent une résolution centimétrique dans la zone de soudure entre deux fibres optiques 'a l'aide d'une impulsion de phase de 500 ps. Nous démontrons dans une deuxième partie la suppression directe et passive de la rétro-diffusion Brillouin stimulée dans une fibre optique microstructurée en faisant varier périodiquement le diamètre de la microstructure. Une augmentation de 4 dB du seuil de puissance Brillouin a été obtenue avec une variation de seulement 7% sur une période de 30m. Ce résultat est très intéressant car la diffusion Brillouin est un facteur limitant dans les systèmes de télécommunications par fibre optique et les laser à fibre. La troisième et dernière partie est consacrée 'a l'étude numérique et expérimentale de la diffusion Brillouin en avant dans les fibres à cristaux photoniques. En plus de la suppression de la plupart des modes acoustiques transverses, nous montrons que cette diffusion Brillouin est fortement augmentée pour certains modes acoustiques à haute fréquence qui sont piégés au coeur de la microstructure. Nous avons également étudié une fibre à structure multi-échelle qui révèle l'excitation sélective de plusieurs phonons acoustiques à des fréquences allant jusqu'a 2GHz. Ces mesures ont été confirmées par des simulations numériques basées sur une méthode vectorielle aux éléments finis. L'impact des irrégularités de la microstructure a aussi été mise en évidence.
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Bourdin, Marie. "Poudres et films à base d'oxyde de tungstène WO3 pour applications photoniques : photochromisme et électrochromisme." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0013.
Full textAbstract:
Dans cette étude, la synthèse en milieu polyol est utilisée afin d’obtenir des oxydes de tungstène nanostructurés et présentant une légère sous-stœchiométrie en oxygène (WO3 x). Les particules obtenues sont de couleur bleue, et possèdent des propriétés optiques intéressantes du fait de la présence d’ions W5+. Les traitements thermiques de ces particules à différentes températures ou sous différentes atmosphères permettent de contrôler la sous-stœchiométrie en oxygène et donc leurs propriétés optiques (et leur couleur) ; leur teinte allant du jaune pâle pour les composés recuits sous une atmosphère oxydante et ne possédant plus que des ions W6+, au noir pour des particules recuite sous une atmosphère réductrice créatrice d’électrons libres. Les propriétés électrochromes et photochromes ont été caractérisées après dépôt de films épais ou minces. Ainsi, les films épais de particules bleues, noires et jaunes montrent des électroactivités différentes lors de l’application d’un courant électrique. L’étude des films minces de WO3-x et de film « sandwich » de WO3-x + Ta2O5 révèle quant à elle une étonnante capacité de nos films à absorber dans le domaine du proche infrarouge lors de la photoréduction des ions W6+ en ions W5+ sous irradiation UV. Un traitement des données permet de montrer que, le photochromisme est associé à trois phénomènes d’absorption, d’énergies différentes, pour le film de WO3-x seul et à deux phénomènes pour le film « sandwich ». L’étude sur la réversibilité du phénomène a de plus montré une très bonne aptitude de nos films à se réoxyder (se décolorer) à l’air ambiant sans avoir recours à un traitement thermique ou chimiqueIn this study, polyol synthesis is used in order to obtain nanostructured tungsten oxides with a slight oxygen sub-stoichiometry (WO3-x). The particles obtained are blue and have interesting optical properties due to the presence of W5+ ions. The heat treatments of these particles at different temperatures or under different atmospheres allow the modification of their chemical composition and so their optical properties, therefore their color; their hue is ranging from pale yellow for compounds annealed under an oxidizing atmosphere and having only W6+ ions, to black for particles annealed under a reducing atmosphere creating free electrons. Electrochromic and photochromic properties have been characterized on thick or thin films. Thus, the thick films of blue, black and yellow particles show different electroactivities when an electric current is applied. The study of the thin films of WO3-x and “sandwich” film of WO3-x + Ta2O5 reveals an astonishing capacity of our films to absorb in the near infrared range during the photoreduction of the W6+ ions into W5+ ions under UV irradiation. The absorption curves show that photochromism is associated with three absorption phenomena of different energies for the WO3-x film and two phenomena for the “sandwich” film. The study on the reversibility of the phenomenon has also shown a very good ability of our films to reoxidize (discolour) in the ambient air without any thermal or chemical treatment
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Combrié, Sylvain. "Etude et réalisation de structures en cristaux photoniques pour les applications de traitement du signal optique." Paris 11, 2006. http://www.theses.fr/2006PA112019.
Full textAbstract:
Mon travail de thèse a porté sur des structures guidantes de semi-conducteurs III-V à base de cristaux photoniques, dans le contexte du traitement de signaux portés optiquement. Elles sont obtenues par gravure sèche exploitant une nouvelle gravure de type "ICP" où la densité du plasma y est contrôlée indépendamment de l'énergie cinétique des ions réactifs. Nous avons d'abord réalisé des trous profonds de haut rapport d'aspect, utiles en vue de l'intégration monolithique de plusieurs fonctions. L'hétérostructure utilisée présente l'originalité de ne pas comporter d'aluminium. Des mesures ont validés la qualité des technologies choisies. A l'occasion de ces efforts technologiques nous avons proposé une méthode de réalisation de membranes en GaAs. Les membranes ont la particularité de permettre des modes sans pertes. Nous avons pu, en collaboration avec le LPN, définir des rubans de grande longueur (>1 mm) sur lesquels nous avons effectué des mesures de transmission. Nous avons mis en évidence (i) de très faibles pertes de propagation et (ii) la baisse de la vitesse de groupe dans les "modes lents", descendant à des vitesses de c/11. Nous avons montré que ces structures pouvaient induire sur des signaux de quelques GHz des retards de phase de quelques dizaines de degrés, déphasage qu'on contrôle par le choix de la porteuse. On peut penser ainsi à des délais contrôlables miniatures. Enfin, nous avons intégré une cavité au voisinage d'un tel guide et avons montré le transfert résonnant avec des facteurs de qualités en couplage de ~28000, dont l'analyse suggère qu'ils correspondent à des facteurs de qualités intrinsèque de 43000, sensiblement à l'état de l'art mondialMy PhD work was focused on III-V semiconductor guiding structures based on photonic crystals in the context of microwave signal processing for optical carriers. We fabricate them by dry etching techniques, exploiting a new etching technique known as “ICP”: the plasma density is controlled independently from the ion kinetic energy. We first realised deeply etched holes with a large aspect ratio, useful in view of monolithic integration of a plurality if functions. The particular heterostructure used for supporting photonic crystals is GaInP/GaAs/GaInP, an aluminium-free stack. Measurements did validate these technology synergies. During these technological efforts in TRT, we proposed a method for realising suspended GaAs membranes with high perfection. Although membranes are challenging when it comes to integration with other functions, they specifically give rise to “quasi lossless” modes when branches of the dispersion diagram may lie below the “light line”. A collaboration with LPN made it possible to define long guides (> 1mm), whose transmission could be safely measured. Exploiting the results, we evidenced (i) very low losses and (ii) a decrease in group velocity down to c/11. Correspondingly, we showed that these structures were indeed able to induce substantial dephasings (tens of degrees) onto GHz signals, dephasing that could be controlled in future miniature delay lines. Finally, we have integrated a cavity in the vicinity of such a guide, and we could evidence the resonant transfer with a coupled quality factor of ~28000. Analysis further suggests that they correspond to intrinsic quality factors of 43000, hence at level with worldwide state-of-the-art
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Bourdin, Marie. "Poudres et films à base d’oxyde de tungstène WO3 pour des applications photoniques : hotochromisme et électrochromisme." Doctoral thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/40148.
Full textAbstract:
"Thèse en cotutelle, Doctorat en chimie, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Bordeaux, Talence,France"Dans cette étude, la synthèse en milieu polyol est utilisée afin d’obtenir des oxydes de tungstène nanostructurés et présentant une légère sous-stoechiométrie en oxygène(WO3-x). Cette sous-stoechiométrie associée à la présence d’ions W5+ donne lieu à une coloration bleue soutenue de la poudre. Les traitements thermiques des particules à différentes températures ou sous différentes atmosphères permettent de contrôler « à façon » la sous-stoechiométrie en oxygène et donc leurs propriétés optiques (et leur couleur) ; leur teinte allant du jaune pâle pour les composés recuits sous une atmosphère oxydante et ne possédant plus que des ions W6+, au noir pour des particules recuites sous une atmosphère réductrice conduisant à la présence d’électrons libres. Les propriétés électrochromes et photochromes ont été caractérisées après dépôt de films épais ou minces. Les films épais de particules bleues, noires et jaunes montrent des électroactivités différentes lors de l’application d’un courant électrique. Les films issus des particules bleues sous-stoechiométriques en oxygène, présentent une forte variation de couleur allant du blanchâtre au bleu foncé lors de l’insertion d’ions Li+, et la formation d’ions W5+, lors de l’application du courant électrique. L’étude des films minces obtenus à partir des mêmes particules de WO3-x révèle quant à elle une étonnante capacité de nos films à absorber dans le domaine du visible (forte coloration bleue du film) et du proche infrarouge lors de la photo réduction des ions W6+ en ions W5+ sous irradiation UV. Un traitement des courbes de transmission permet de montrer que, dans ce type de film, le photochromisme est associé à trois phénomènes d’absorption, d’énergies différentes, provenant à la fois de de deux énergies liées à l’intervalence entre W6+ et W5+ (phénomène« polaronique ») et de la formation d’un gaz électronique sous irradiation (phénomène plasmonique). L’étude sur la réversibilité du phénomène a de plus montré une très bonne aptitude de nos films à se réoxyder (se décolorer) à l’air ambiant sans avoir recours à un traitement thermique ou chimique. Enfin, la réalisation de films « sandwich » obtenus en superposant des couches de WO3-x et une couche de matrice amorphe de Ta2O5 a permis de mettre en avant une variation de l’absorbance uniquement dans le proche infrarouge sous irradiation UV. Dans ce cas, le traitement des données de spectroscopie optique révèle que le photochromisme se décompose uniquement en deux phénomènes polaroniques, le phénomène plasmonique, associé à la formation d’un gaz électronique avec l’irradiation étant supprimé par la présence de Ta2O5.
In this study, polyol synthesis is used in order to obtain nanostructured tungsten oxides with a slight oxygen sub-stoichiometry (WO3-x). Due to the presence of W5+ ions to compensate the sub-stoichiometry of oxygen, the particles powder exhibit a characteristic blue color. The heat treatments of these particles at different temperatures or under different atmospheres allow the modification of their chemical composition and so their optical properties, therefore their color; their hue is ranging from pale yellow for compounds annealed under an oxidizing atmosphere and having only W6+ ions, to blackfor particles annealed under a reducing atmosphere creating free electrons. Electrochromic and photochromic properties have been characterized on thick or thin films Thus, the thick films obtained from blue, black and yellow particles show different electroactivities when an electric current is applied. Films from blue particles show astrong variation in color from whitish to dark blue during the insertion of Li+ ions, associated with W5+ ions creation for charge compensation, while the electric current isapplied. The study of the thin films obtained using the same WO3-x nanoparticle reveals an astonishing capacity of our films to absorb in the visible range (strong blue coloration of the film) and the near infrared during the photoreduction of the W6+ ions into W5+ ionsunder irradiation UV. The absorption curves show that, in this type of film,photochromism is associated with three phenomena with different absorption energies combining two intervalence mechanism between W6+ and W5+ (polaron) and the formation of an electronic gas under irradiation (plasmon). The study on the reversibility of the phenomenon has also shown a very good ability of our films to reoxidize (discolour) under an ambient air atmosphere without any thermal or chemical treatment. Finally, the elaboration of “sandwich” films obtained by superimposing layers of WO3-xand a layer of amorphous Ta2O5 highlighted the possibility to obtain a photochromic behavior limited to the near infrared under UV irradiation. In this case, the optical spectroscopic studies reveal that photochromism is composed of only two phenomena, the phenomenon associated with the formation of an electronic gas with irradiation being suppressed by the presence of Ta2O5.
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Ounnas, Badreddine. "Étude et optimisations de jets photoniques pour des applications non conventionnelles dans les domaines optique et hyperfréquences." Thesis, Saint-Etienne, 2015. http://www.theses.fr/2015STET4009/document.
Full textAbstract:
Le travail de cette thèse est consacré à l’étude et l’optimisation d’un cas particulier de la diffusion des ondes électromagnétiques. Elle porte plus particulièrement sur un phénomène appelé le « jet photonique ou jet électromagnétique (jet EM)». Il s’agit d’un faisceau de lumière étroit et concentré en champ proche avec des caractéristiques physiques remarquables. Dans ce travail, un guide d’onde terminé par un embout de forme particulière est utilisé pour générer le jet photonique. Cette thèse a pour objectif l’étude, la caractérisation expérimentale et l’optimisation de jets photoniques pour des applications dans le domaine optique et hyperfréquences. Une méthode robuste et rapide a été développée pour calculer le champ électromagnétique généré par un objet diélectrique ou en sortie d’un guide d'onde avec un embout de forme particulière. Elle est basée sur la Méthode d'Equation Intégrale aux Frontière (MEIF) qui utilise la seconde identité Green. La caractérisation expérimentale des jets photoniques a été réalisée dans le domaine micro-ondes à des fréquences autour de 30 GHz. La possibilité de générer un jet simple et double en utilisant un guide d’onde à embout a été montrée expérimentalement et théoriquement par la méthode MEIF. Les jets EM simples et doubles ont été utilisés pour la détection d’objets métalliques de taille plus petite que la longueur d’onde et l'imagerie en champ proche à travers des structures optiquement opaques. Une procédure d’optimisation basée sur le couplage entre la MEIF et les algorithmes génétiques a été mise au point afin de générer des jets photoniques avec des caractéristiques a priori bien définie. Des optimisations des jets photoniques générés par un objet diélectrique et en sortie d’un guide d’onde avec embout ont été effectuées pour la micro-gravure laser et l’imagerie HFThe work of this thesis is devoted to the study and optimization of a particular case of the scattering of electromagnetic waves. Particularly, it is about a phenomenon called the "photonic jet or electromagnetic jet (EM jet)". This is a narrow light beam concentrated in near-field with remarkable physical characteristics. In this work, a waveguide terminated by a tip with special form is used to generate the photonic jet. This thesis performs the electromagnetic modeling, the experimental characterization and the optimization of photonic jets for applications in optic and microwave field. A robust and fast method was developed to calculate the electromagnetic field generated by a dielectric object or by a waveguide terminated with a tip. It is based on the boundary integral equation method (BIEM) which uses the second Green identity. Experimental characterization of photonic jets was conducted in the microwave field around 30 GHz. The ability to generate a single and double EM jet using a tipped waveguide has been shown experimentally and theoretically by BEIM method. The single and double EM jets were used for the detection of metal objects with a size smaller than the wavelength and for imaging through opaque structures in near field. An optimization procedure based on the coupling between the BEIM and genetic algorithms has been developed to generate photonic jets with properties well defined. Optimizations of photonic jets generated by a dielectric object and by a tipped waveguide have been realized for laser micro-etching and RF imaging
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Boyer, Flore. "Intégration de contacts compatibles CMOS sur matériaux III-V pour des applications photoniques sur silicium en 300 mm." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT068.
Full textAbstract:
Dans le contexte actuel de la Big Data, la nécessité d'une transmission de données à plus haute densité est de plus en plus critique, puisque la demande en termes d'échange de données n’a cessé d’augmenter depuis les 20 dernières années. De ce fait, des moyens de communication innovants ont inévitablement vu le jour, tels que les dispositifs et interconnexions optiques. Il s’agit de dispositifs tels que des émetteurs (laser) et des récepteurs (photodétecteur), fabriqués à partir de matériaux III-V et intégrés à des circuits Silicium CMOS en 300 mm : c’est ce quoi consiste la Silicon Photonics. Cette dernière offre la possibilité de répondre à la demande croissante en matière d'échange de données, tout en (i) exploitant les avantages offerts par la maturité de la ligne de fabrication Silicium CMOS en 300 mm, tels que la production en grand volume et le faible coût, associés à (ii) l'utilisation de circuits optiques fabriqués à partir de matériaux III-V, garantissant une consommation d'énergie réduite et des puces de haute performance. Dans le cadre de l'optimisation des performances d’un tel circuit, dit optoélectronique, un schéma d'intégration innovant a été développé en collaboration avec STMicroelectronics et le CEA-Leti. Il consiste à intégrer directement l'émetteur III-V, qui est un laser hybride III-V/Si, sur un wafer de silicium dans une salle blanche compatible CMOS de 300 mm. L'un des éléments clés requis par une telle intégration est le développement de contacts compatibles CMOS sur n-InP et p-In0.53Ga0.47As, qui sont les couches de contact n- et p- du laser hybride III-V/Si, nécessaires à la génération et l'amplification du signal optique. L'objectif de cette thèse est ainsi de développer ces contacts innovants, tout en respectant des exigences spécifiques, et permettant l'intégration du laser hybride III-V/Si sur un wafer de silicium via une ligne de fabrication CMOS en 300 mm. Ainsi, l'éligibilité de quatre métallisations, donc de huit systèmes, est étudiée de manière approfondie. Il s’agit des systèmes Ni/InP, Ni/In0.53Ga0.47As, Ni0.9Pt0.1/InP, Ni0.9Pt0.1/In0.53Ga0.47As, Ti/InP et Ti/ In0.53Ga0.47As. Pour ce faire, la séquence de formation de phases, la morphologie des couches, la distribution des éléments et les propriétés électriques des systèmes sont étudiés. Une étude de fiabilité a été parallèlement réalisée sur les différents systèmes, fournissant des informations précieuses et inédites sur l'évolution des propriétés du contact tout au long des étapes de process, telles que le remplissage des plugs en W, le Back-End-Of-Line, ainsi que l'émulation de la contrainte thermique à long terme. Une métallisation prometteuse et fiable, répondant aux différentes exigences est permettant l'intégration du laser hybride III-V/Si dans une salle blanche compatible CMOS de 300 mm est proposéeIn the present context of the Big Data era, the requirement for higher density data transmission is of the utmost importance, since the demand in terms of data exchange has been growing for over 20 years. As a result, innovative means of communications have inevitably emerged, such as optical devices and interconnections. The later consist in technologies such as emitters (laser) and receptors (photodetector), made from III-V materials and integrated onto 300 mm CMOS Si-based circuitry: this what Silicon photonics is about. The latter indeed offers the possibility to meet the growing demand in data exchange, while (i) leveraging the benefits offered by the maturity of the 300~mm CMOS Si fab-line, such as high-volume production and low cost, combined with (ii) the use of optical circuitry made from III-V materials, granting reduced power consumption and high-performance chips. In the scope of optimizing the performances of such optoelectronic circuit, an innovative integration scheme has been developed in collaboration with STMicroelectronics and CEA-Leti. It consists in the full integration of the III-V emitter, which is a III-V/Si hybrid laser, onto a silicon wafer in a 300-mm CMOS-compatible clean room. One of the key components required for such integration is the development of CMOS-compatible contacts on both n-InP and p- In0.53Ga0.47As, which are the n- and p- contact layers of the III-V/Si hybrid laser, necessary for the generation and amplification of the optical signal. In this way, the goal of this PhD thesis lies in the development of these innovative contacts, meeting specific requirements, and allowing the full integration of the III-V/Si hybrid laser onto a 300 mm Silicon Photonics wafer. In this way, the eligibility of four metallization, hence eight systems, are thoroughly investigated. The systems are namely Ni/InP, Ni/In0.53Ga0.47As, Ni0.9Pt0.1/InP, Ni0.9Pt0.1/In0.53Ga0.47As, Ti/InP and Ti/ In0.53Ga0.47As. To do so, the formation phase sequence, layer morphology, element distribution and electrical properties of the enounced systems are studied. In addition, a reliability study has been performed on the systems, providing valuable and exclusive information regarding the evolution of the properties of the systems throughout subsequent process steps such as W-plug-filling and Back-End-Of-Line, as well as throughout the emulation of long-term thermal stress. Ultimately, a promising and reliable metallization is proposed for the full integration of the III-V/Si hybrid laser onto a 300~mm Si fab-line
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Levaufre, Guillaume. "Circuits photoniques intégrés incluant des lasers hybrides III-V sur silicium pour applications en télécommunication très haut débit." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS304/document.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse portent sur le développement des Circuits Photoniques Intégrés issus de la plateforme d’intégration hétérogène de matériaux III-V sur silicium. Les avantages proposés par cette approche, dans laquelle le gain optique des matériaux III-V se marie aux faibles pertes de propagation des guides d’onde silicium, sont notamment les coûts réduits de fabrication, un haut degré de compacité, et une grande flexibilité dans les fonctionnalités réalisables. Dès lors, notre approche est basée sur l’exploitation de cette technologie pour la réalisation de dispositifs hybrides d’émission laser adressant les objectifs de performance à débits élevés des nouveaux réseaux de télécommunication à fibres optiques. Nous rappelons tout d’abord les transformations récentes amorcées dans les réseaux de télécommunication en vue de répondre à l’accroissement du trafic mondial de données, et présentons alors deux solutions techniques étudiées durant cette thèse. En premier lieu, nous détaillons l’architecture et les éléments de conception d’un émetteur à multiplexage en longueur d’onde (WDM) à 4 longueurs d’onde DFB et 4 Modulateurs à Electro-absorption intégrés dans un circuit photonique hybride III-V sur silicium. Ce circuit est destiné aux transmissions courtes distances (<2km) à 100Gb/s au sein des centres de données (datacenter). Nous avons plus particulièrement étudié l’optimisation de la transition modale entre la section de gain III-V de la cavité laser et le circuit passif de propagation en silicium, que ce soit pour des structures à base de puits ou de boîtes quantiques. L’emploi de ces architectures pour la conception de dispositif à N sources DFB, directement modulées, et à gestion du chirp intégrée, a également été abordé. Nous présentons alors les résultats des caractérisations statiques et dynamiques de ces sources lasers à 1,3µm ainsi que des modulateurs à électro-absorption (MEA) modulés jusqu’à 32Gb /s, et discutons des améliorations structurales que nous avons apportées en vue de renforcer les performances globales du dispositif. La seconde solution approfondie durant cette thèse porte sur les sources lasers accordables intégrant des résonateurs en anneaux, centrées à 1,55µm et directement modulables, en vue d’un déploiement au sein de la nouvelle génération de réseaux optiques passifs d’accès (NG-PON2). Après l’étude de la structure de ces composants, nos travaux sur les problématiques du comportement thermique, ainsi que sur la caractérisation des fonctionnalités d’accord en longueur d’onde et du comportement dynamique de ces cavités hybrides, sont développés. Ainsi, nous rapportons les performances d’un dispositif en boitier de démonstration que ces travaux ont permis de réaliser, pour des transmissions à 10Gbit/s en modulation directe jusqu’à 40km. Enfin, cette thèse s’achève par une conclusion générale et propose un aperçu des possibilités, à court et moyen termes, ouvertes par ces recherchesThe work conducted in this thesis focuses on the development of Photonic Integrated Circuits based on the technological platform of heterogeneous integration of III-V materials on silicon. The benefits brought by this approach, in which the optical gain from III-V materials is coupled with the low propagation losses of silicon waveguide, are in particular a low manufacturing cost, high compacity and scalabity, and a wide range of achievable functionalities. In this way, we aim to exploit this technology to develop hybrid laser devices which meet the performance objectives of high-bit-rate optical fiber transmission networks. From the recent transformations initiated in transmission networks to face the data global traffic increase, two technical solutions have been investigated during this thesis. First, we detail the architecture and the design elements of a WDM emitter with 4 DFB lasers and 4 Electro-Absorption Modulators integrated in a III-V on silicon hybrid Photonic Circuit. This circuit addresses short-distances 100Gb/s transmissions challenges (<2km) in datacenters applications. We specifically studied the optimization of modal transition from the III-V on silicon optical gain section of the laser cavity to the passive silicon circuit, for both quantum wells and quantum dots structure. The use of this architecture for the design of devices including N directly modulated DFB sources with integrated chirp management is also introduced. Static and dynamic characterization results of this laser source emitting at 1,3µm as well as the electro-absorption behavior at modulation rate up to 32Gb/s is reported . The improvement routes of the structure are also discussed to enhance device global performances. The second solution studied in this thesis is a directly modulated tunable laser source, emitting around 1.55µm with integrated ring resonators, for the deployment in the Next-Generation Passive Optical access Networks (NG-PON2). After the description of the structure, thermal problematic, wavelength tunability, and dynamic behavior of these hybrid cavities are presented. Finally, we report the performances of a packaged device for direct modulation transmissions at 10Gb/s over 40km. The thesis ends up with general conclusions, and provides an overview of the short and medium terms possibilities offered by this research
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Diacon, Aurel. "Polymers functionalized with chromophores for applications in photovoltaics, photonics and medicine." Angers, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00976715.
Full textAbstract:
La thèse intitulée "Polymères fonctionnalisés avec des chromophores pour des applications en photovoltaïque, photonique et médecine" est structurée en trois chapitres portant sur: a) l'obtention de chromophores et de nouveaux matériaux pour les cellules solaires à base de colorant; b) l'obtention de dérivés de fullerène C60 présentant une absorption élevée; c) l'obtention d'une plateforme permettant la fixation d'une antenne collectrice de lumière PDI-C60 intégrant un groupe fonctionnel libre réactif; d) l'obtention des cristaux photoniques polymères et leur utilisation dans la modification des émissions du colorant et la construction d'hétérostructures complexes intégrant ces colorants. Dans le premier chapitre sont présentés des nouveaux matériaux pour cellules solaires à base de colorant en vue de construire des cellules solaires à l'état solide en utilisant des polymères pour remplacer l'électrolyte liquide. Des stratégies pour améliorer l'efficacité des cellules en utilisant un colorant qui présente une meilleure capacité d'ancrage à la couche de TiO2, et l'utilisation des quantum dots particules pour l'augmentation du taux d'injection d'électrons ont été testées. Dans le deuxième chapitre est présentée l'obtention des nouvelles antennes collectrices de lumière à base de fullerène. Des adduits fullerènes phtalocyanine ont été obtenus et le transfert d'électrons a été prouvé par spectroscopie de fluorescence. Une dyade PDI-C60 a été attachée avec succès sur une chaîne de polymère pour augmenter la processabilité afin d'envisager des applications dans les cellules solaires organiques. Dans le troisième chapitre ont été analysées les propriétés optiques des cristaux photoniques et d'hétérostructures complexes modifiées aves des colorantsThe thesis entitled "Polymers functionalized with chromophores for applications in photovoltaics, photonics and medicine" is structured in three chapters dealing with: a) the obtaining of chromophores and new materials for dye-sensitized solar cells; b) the obtaining of new fullerene-C60 derivatives with increased absorption; c) the obtaining of a platform allowing the attachment of lightharvesting dyads PDI-C60 including a free functional group for further applied developments of which one consisting in grafting onto a polymeric chain for increased processability; d) the obtaining of polymer photonic crystals and the utilization in dye emission modification and the building of complex heterostructures with chemosensor capabilities. In the first chapter new materials for hybrid dye-sensitized solar cells are presented with the aim of constructing solid state solar cells using polymers to replace the liquid electrolyte. Furthermore, strategies for improving the cell efficiency by using a dye with better anchoring on the TiO2 layer capacity, and the use of quantum-dots particles for the increasing of the electron injection rate have been tested. In the second chapter the obtaining of new fullerene based light-harvesting antennas is presented. Fullerene-phthalocyanine adducts were obtained and electron transfer was proven through fluorescence spectroscopy. A PDI-C60 dyad was successfully attached onto a polymeric chain for increasing processability for applications in bulk-heterojunction solar cells. In the third chapter the optical properties and use as chemosensor of polymer photonic crystals and complex heterostructures modified with fluorescent dyes was investigated
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Bétourné, Aurélie. "Conception et caractérisation de nouvelles fibres optiques à cristal photonique dites hybrides et applications à l'optique non linéaire." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10170/document.
Full textAbstract:
Les fibres à cristaux photoniques sont constituées d’un réseau périodique transverse de diélectriques. En introduisant un défaut dans ce réseau, il est possible de guider la lumière par un effet de bandes interdites photoniques, dont les propriétés diffèrent fondamentalement du guidage par réflexion totale interne qui a lieu dans les fibres conventionnelles. Nous étudions en particulier les fibres à bandes interdites photoniques solides, comportant des inclusions dont l’indice de réfraction est supérieur à celui de la matrice. En insérant des trous d’air dans cette structure solide, on observe une forte diminution des pertes par confinement et par courbure. De plus, la présence de trous d’air entre les inclusions de haut indice rend possible l’accord de phase entre deux modes fondamentaux, pour la génération du 2nd ou 3ème harmonique. Il est également possible dans ces fibres de générer efficacement un supercontinuum et d’en contrôler l’étendue spectrale grâce aux propriétés de dispersion particulièresThis thesis focuses both on theoretical and experimental studies of a recent class of Photonic Crystal Fibers (PCF): the solid-core PCF which guide light thanks to a Photonic BandGap (PBG) effect. The main goal of this work is then to better understand their propagation mechanisms (in order to improve their transmission properties) as well as to explore their potentials for non linear purposes. The study of these fibers (dispersion diagrams interpretation, emphasis of a scaling law and also of a light level of bend losses restrictive for their practical uses) leads us to develop a new kind of PCF for which wave guidance is a combination of PBG effect and more common Total Internal Reflexion (TIR). These fibers, called hybrid PCF, are made here by adding air holes in the all-solid structures previously studied. Particularly, two hybrid structures are proposed and fabricated, exhibiting a huge reduction of confinement and bend losses. Finally, we show that their unique disoersive properties enable to obtain a phase index matching between two fundamental modes (one is guided by PBG and the other by TIR) for second or third harmonic generation, and to effectively generate a supercontinuum for which the spectral broadening can be controlled by the opto-geometrical properties of the structure
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Noual, Adnane. "Modélisation des structures nano-plasmoniques et photoniques : applications aux phénomènes de filtrage et à la conception de capteurs bioplasmoniques." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10081/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la modélisation et simulation avec la méthode des différences finies (FDTD) de structures plasmonique et photoniques à l’échelle submicronique. Dans une première partie, nous avons modélisé la propagation des ondes électromagnétiques à travers des nano-guides diélectriques (air ou SiO2), pris en sandwich entre deux plaques métalliques (de type Metal-Isolant-Metal). L’excitation des plasmons-polaritons aux interfaces permet le guidage d’ondes lumineuses à une échelle sub-longueur d’onde. Nous avons étudié les propriétés de guidage dans le domaine du visible et de l’infrarouge proche, notamment le couplage du guide avec des nano-résonateurs en vue d’explorer des fonctionnalités telles que le filtrage sélectif ou par réjection ainsi que des dispositifs de démultiplexage. Ces mêmes propriétés ont été étudiées dans une structure photonique submicronique constituée de guides d’ondes d’InP entouré d’air, couplé à un ensemble de cavités. Ces nano et microstructures constituent les briques de base pour la conception de nouveaux circuits intégrés tout-optique. Dans une seconde partie de la thèse, on s’est intéressé à la modélisation de l’interaction des ondes électromagnétiques avec des nanoparticules d’or déposées sur un substrat de SiO2, et recouvertes d’une couche d’un matériau diélectrique. Ce type de structures est prometteur pour réaliser des nano-capteurs bioplasmoniques en vue de caractériser des produits biologiques déposés en faible quantité sur la surface du diélectrique. Nous avons montré que la fréquence de la réponse plasmonique des particules présente une variation oscillatoire périodique en fonction l’épaisseur du diélectrique, avec une amplitude des oscillations qui peut atteindre quelques dizaines de nanomètres. Nous avons étudié ce phénomène en fonction des paramètres géométriques des nanoparticules d’or et de l’indice du diélectrique qui les recouvrent. L’objectif est de comprendre comment ces paramètres influencent la gamme de fréquence plasmonique ainsi que la sensibilité du détecteur. Ce travail théorique a été confronté aux résultats expérimentaux réalisés par l’équipe Bio-Interfaces de L’IRI (Institut de recherche interdisciplinaire, Lille 1)This work concerns the modeling and simulation by the finite difference method (FDTD) of plasmonic and photonic structures at the submicron scale. In the first part of the thesis we studied the propagation of electromagnetic-waves through two different dielectric nanoscale waveguides (made out of air and SiO2), sandwiched between two metallic plates (Metal-insulator-Metal). The excitation of surface plasmon-polariton at the interfaces of such waveguides enables light waveguiding at the subwavelength domain. We did study the waveguiding properties in the visible and near infrared ranges of frequency. Coupling of the main waveguide with a nano-resonatorwas investigated to achieve optical operations as filtering (in rejection and selection) and demultiplexing. These same optical functionalities were studied in a submicron photonic structure which is constituted by waveguides of InP surrounded by air, coupled to several cavities. Such nano and microstructures are essential for the design of new all-optical integrated circuits. The second part of the thesis concerns modeling of electromagnetic-waves interaction with metallic (gold) nanoparticles deposited on a glass substrate (SiO2) and covered with a dielectric layer. These structures are promising for the conception of plasmonic nanosensors, which would be used to characterize small amount of biological molecules deposited on the dielectric layer surface. We have shown that the frequency of the plasmonic resonance of metallic particles exhibits an oscillatory variation with the thickness of the layer, with an amplitude reaching tens of nanometers. One investigated this phenomenon according to geometrical parameters of the gold particles and the refractive index of the dielectric layer covering the particles. The aim of such study is to understand how the physical and geometrical parameters influence the frequency range of the plasmonic resonance of the particles and the sensitivity of the nanosensor. This theoretical work was confronted with experimental results realized by Bio-interfaces team of IRI (Interdisciplinary institute of research, University of Lille 1)
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Désévédavy, Frédéric. "Fibres optiques micro-structurées à base de verres de chalcogénures pour applications dans le domaine des télécommunications et le moyen IR." Rennes 1, 2008. http://www.theses.fr/2008REN1S063.
Full textAbstract:
Les travaux relatés dans ce manuscrit concernent l’étude expérimentale des fibres microstructurée ou fibre à cristaux photonique (FCP) en verre de chalcogénures. Ce sont des matériaux originaux qui présentent un large domaine de transparence dans le moyen infrarouge, de forts indices de réfractions linéaires et non linéaires. Les FCP sont une nouvelle catégorie de fibres optiques possédant des propriétés de propagation originales. Une méthode efficace pour purifier ces verres est mise au point, une faible atténuation (<1 dB/m) des fibres mono-indice est ainsi obtenue. On démontre ensuite la faisabilité et la reproductibilité de la méthode de fabrication des FCP en verre de chalcogénures, développée durant cette étude. Des caractérisations optiques dans le proche et moyen infrarouge sont effectuées et comparées aux simulations numériques. Des effets non linéaires tels que de la diffusion Raman sont caractérisés à 1. 55 µm. Leur ampleur témoigne de l’intérêt d’associer ces matériaux avec ces fibres spéciales. Finalement les premières fibres microstructurées à cœur creux en verre de chalcogénures sont fabriquéesThe work reported in this thesis deals with the experimental investigation of chalcogénide glasses microstructured fibres also known as photonic crystal fibre (PCF). Chalcogenide glasses are original materials with a large transparency window in the mid-infrared, high linear and non linear refractive indices. PCF are a new class of optical fibres which show novel optical properties and lead to great interest in the scientific community. First of all an efficient way of purification of these glasses is developed, as a result single index fibres with low attenuation are obtained (<1 dB/m). Then, the chalcogenide glasses FCP fabrication process we developed during this work is demonstrated to work and to be repeatable. Near and mid infrared optical characterizations are made on these fibres and compared to numerical simulations. Non linear effects as Raman scattering or self phase modulation are demonstrated at 1. 55 µm. Their strength shows the advantages of the chalcogenide glasses and PCF combination. Finally the first hollow core chalcogenide glasses PCF are fabricated and a pretty good control of their geometry is obtained
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Nguyen, Thi Thanh Ngan. "Fabrication and optimization of polymer-based photonic structures and applications to nonlinear optics." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015DENS0040/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la fabrication des structures photoniques (SPs) à base de polymères etleurs applications en optique non-linéaire. Dans la première partie, nous avons démontré lafabrication des SPs souhaitées par la méthode d’interférence. En particulier, l’interférencede deux faisceaux laser avec une exposition multiple est démontrée théoriquement etexpérimentalement comme un meilleur choix pour la fabrication des structures souhaitées,qui sont uniformes et de grande taille. Diverses structures à 1D, 2D, et 3D, périodiques etquasi-périodiques sont fabriquées avec succès dans la résine SU8. Nous avons égalementdémontré un moyen pour surmonter l’effet d’absorption de la photorésine, qui impose unelimitation de l’épaisseur des structures, en ajoutant un faisceau laser uniforme en sensopposé par rapport à deux faisceaux d’interférence. Les SPs fabriquées deviennent plusuniformes et leur épaisseur augmente jusqu’à 25 μm. Une autre approche utilisant laméthode d’absorption ultra-faible à un photon a également été mise en oevre montrant lapossibilité d’obtenir des SPs avec une épaisseur jusqu’à 600 μm. De plus, en utilisant latechnique d’interférence et l’effet de transport de masse, nous avons également démontré lafabrication des structures à relief de surface (SRG), avec une profondeur contrôlable, dansdes polymères passives (SU8) et des polymères actives (DR1/PMMA). Dans la deuxièmepartie, nous avons utilisé ces structures pour l’amélioration de la génération de secondeharmonique des matériaux polymères par deux manières différentes: quasi-accord de phase(QPM) et mode de résonance de guide d’onde (WRG). Les structures de QPM permet desurmonter le déphasage entre les ondes fondamentale et harmonique, et par conséquenceaugmente le rendement du taux de conversion. En outre, les structures de guide d’ondeavec une surface modulée (WRG) ont également été démontrées comme une excellenteméthode permettant d’amplifier le signal de SHG par un facteur de 25This dissertation deals with the fabrication of various polymer-based photonic structures(PSs) and their applications in nonlinear optics. In the first part, we have demonstratedthe fabrication of desired PSs by interference lithography technique. The two-beam interferencemethod is theoretically and experimentally demonstrated as a best choice forfabrication of all kinds of PSs with large and uniform area. Desired 1D, 2D, and 3D,periodic and quasi-periodic PSs are successfully fabricated on SU8 photoresist. We alsodemonstrated a way to overcome the material’s absorption effect, which imposes a limitationof PSs thickness. By adding one more exposure of a uniform laser beam in oppositedirection of two interfering beams, the fabricated PSs became more uniform and theirthickness increased to 25 μm. A tentative of using low one-photon absorption techniquewas also realized showing the possibility to obtain a PS with a thickness upto 600 μm.Furthermore, by using the interference technique combined with mass transport effect,we have demonstrated the fabrication of desired surface relief grating structures, with acontrollable depth, on passive polymer (SU8) and active polymer (DR1/PMMA). In thesecond part, we applied these fabricated structures for enhancement of nonlinearity ofpolymer materials by two different ways: quasi-phase-matching (QPM) and waveguideresonance grating (WRG). Both theoretical calculation and experimental realization ofthese techniques have been investigated. The QPM structures allowed to overcome thephase mismatch of fundamental and harmonic waves, thus increasing the conversion efficiency.The second-harmonic generation (SHG), one of the most important applicationsof frequency conversion, is significantly enhanced thanks to the QPM condition. Anothermethod basing on the WRG structures allowed to increase the intensity of fundamentalwave, thus enhancing the SHG signal by a factor of 25
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Carrara, David. "Étude et réalisation de sources photoniques intégrées sur InP pour les applications télécoms à hauts débits et à 1,55 µm." Phd thesis, Institut National des Télécommunications, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767407.
Full textAbstract:
Les formats de modulation avancés, codant l'information sur la phase, la polarisation ou plusieurs niveaux d'amplitude de la lumière reçoivent aujourd'hui un intérêt croissant. En effet, ceux-ci permettent d'atteindre une meilleure efficacité spectrale et par conséquent des débits plus élevés. Ces caractéristiques sont actuellement très recherchées dans les télécommunications pour répondre à la demande constante d'augmentation de capacité des transmissions optiques fibrées. L'essentiel du travail effectué porte sur la génération de tels signaux dans des sources photoniques monolithiques sur InP faisant appel à un concept nouveau de commutation de phases optiques préfixées avec des modulateurs électro-absorbants. Une comparaison de notre technologie intégrée avec la technologie actuelle de génération de formats de modulation avancés démontre des possibilités nouvelles de réduction de taille, de diminution de consommation énergétique et d'évolution en vitesse de modulation jusqu'à 56 GBauds. Suite à la validation, par simulations, d'architectures de transmetteurs spécifiques pour la génération de formats de modulation avancés, nous réalisons en salle blanche les circuits photoniques intégrés d'étude. Les caractérisations statiques confirment le fonctionnement de toutes les fonctions intégrées des circuits et soulignent l'efficacité de la filière technologique. Pour une première démonstration de fonctionnalité nous choisissons un transmetteur BPSK capable de générer une modulation de phase à 12,4 GB. Ce résultat démontre la plus petite source intégrée BPSK à l'heure actuelle. Un autre circuit capable de générer des formats de modulation plus complexes est aussi caractérisé
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Hiraoui, Mohamed. "Étude et réalisation de nano-structures photoniques anti-résonantes à base de silicium poreux oxydé et fonctionnalisé : applications aux biocapteurs." Rennes 1, 2012. http://www.theses.fr/2012REN1E007.
Full textAbstract:
Le travail de cette thèse porte sur la réalisation de structures de type ARROW à base de silicium poreux (SP) pour des applications de biodétection. Ces structures favorisent un meilleur recouvrement entre la lumière propagée et les molécules attachées dans la couche active. Le suivi, par spectroscopies Raman, FTIR et par réflectométrie, de la modification chimique de la surface interne des couches poreuses a permis de confirmer la fixation des biomolécules et de déterminer la variation d’indice de réfraction de ces couches après chaque étape de fonctionnalisation et greffage protéinique de BSA (Bovin Serum Albumin). Les caractérisations optiques des ARROW réalisés dans les conditions définies par une étude théorique ont montré une modification de la propagation de la lumière engendrée par la bio-fonctionnalisation et le greffage de la protéine BSA. Les résultats expérimentaux obtenus coïncident avec ceux obtenus par simulation (Méthode des faisceaux propagés) et une sensibilité estimée à 3600/UIR a été déterminée en mode TE. Après avoir démontré la faisabilité de la structure ARROW à base de SP comme un transducteur optique, cette dernière a été intégrée dans une structure interférométrique de type Mach-Zehnder. Une variation d’indice de réfraction de l’ordre de 10-3 correspondant à environ 1013 molécules de BSA greffées /cm² a été obtenue.
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Qiu, Wentao. "Study of photonic crystals on thin film lithium niobate for sensing applications - design, fabrication and characterization." Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2060/document.
Full textAbstract:
La lumière est incroyable polyvalente pour mesurer toutes sortes de grandeurs physiques : température, champ électrique, déplacement et déformation, etc. Les capteurs photoniques sont des candidats prometteurs pour les développements de nouvelles générations de capteurs en raison de leurs vertus de sensibilité élevée, une grande gamme dynamique, etc. Les capteurs intégrés et ceux placés en bout de fibre sur une couche mince de niobate de lithium seront ici étudiés en explorant l’électro-optique ainsi que les pyro-électronique afin de concevoir des capteurs de champs et de capteurs de températureLight is incredibly versatile for measuring all kinds of physical quantities :temperature, electric field (E-field), displacement and strain etc. Photonic sensors are promising candidates for the new generation of sensors developments due to their virtues of high sensitivity, large dynamic range and compact size etc. Integrated and on-fiber end photonic sensors on thin film lithium niobate (TFLN) exploring the electro-optic (EO) and pyro-electric effects are studied in this thesis in order to design E-field sensors and temperature sensors (T-sensors). These studies aim to develop sensors with high sensitivity and compact size. To achieve that aim, sensors that are made of photonic crystals (PhC) cavities are studied by sensing the measurand through the resonance wavelength interrogation method. In integrated sensor studies, intensive numerical calculations by PWE method, mode solving technique and FDTD methods are carried out for the design of high light confinement waveguiding structures on TFLN and suitable PhC configurations. Four types of waveguide (WG) structures (ridge WG, strip loaded WG, slot WG and double slot WG) are studied with a large range of geometrical parameters. Among them, slot WG yields the highest confinement factor while strip loaded WG is an easier option for realizations. Bragg grating is designed in slot WG with an ultra compact size (about 0.5µm×0.7µm ×6µm) and is employed to design PhC cavity. A moderate resonance Q of about 300 in F-P like cavity where the mirrors are made of PhC is achieved with ER of about 70% of the transmission. Theoretical minimum E-field sensitivity of this slot Bragg grating structure can be as low as 200 µV/m. On the other hand, Si3N4 strip loaded WG is designed with 2D PhC structure and a low resonance Q of about 100 is achieved. Fabrications of nano-metrical WG such as ridge WG Si3N4 strip loaded are demonstrated. However, the realization of nanometric components on LN presents a big challenge.In the on-fiber end sensor studies, guided resonance, oftentimes referred to as Fano resonance due to its asymmetric lineshape, is studied with different PhC lattice types. A Suzuki phase lattice (SPL) PhC presenting a Fano resonance at the vicinity of 1500 nm has been studied and demonstrated as temperature sensor with sensitivity of 0.77 nm/oC with a size of only 25 µm × 24 µm. In addition, guided resonances on rectangular lattice PhC have been systematically studied through band diagram calculations, 2D-FDTD and 3D- FDTD simulations
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Kenny, Tommy. "Nouvelles versions organométalliques du polyaniline contenant des dérivés substitués de quinone diimine, para-diaminebenzène, anthraquinone diimine et 9,9'- anthracènediamine pour des applications photoniques." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2012. http://hdl.handle.net/11143/5754.
Full textAbstract:
In the last few decades, research in the field of organometallic polymers has been in rapid expansion. The most notable applications are certainly photonic devices such as solar cell and light emitting diode. This master's thesis comprises four experimental sections. The first section reports the synthesis and characterization of organometallic polymers containing the trans-platinum(II) di-yne bisphosphine building blocks and substituted derivatives of quinone diimine and benzenediamine along with the corresponding model compounds. This work will be submitted to Inorganic Chemistry for publication. Indeed, these new assembling building blocks (Chapter 2 ) will served as ligands and exhibit the following structures: H-C[xi]C-C[subscript 6]H[subscript 4]-N=C[subscript 6]X[subscript 4]=N-C[subscript 6]H[subscript 4]-C[xi]C-H and H-C[xi]C-C[subscript 6]H[subscript 4]-NH-C[subscript 6]X[subscript 4]-NH-C[subscript 6]H[subscript 4]-C[xi]C-H (X=H, F, Cl). These new ligands were reacted with the trans ?PtCl[subscript 2]L[subscript 2] (L=PBu[subscript 3]) complex to form the target polymers. Evidence for conjugation was provided by UV-vis spectroscopy and was corroborated by DFT computations. The ligands, model compounds and polymers sometimes exhibit electrochemically reversible and sometimes irreversible reduction waves (for the quinone diimines) and reversible oxidation waves (for the benzene diamines). These can be either two waves of one electron each, or a single wave involving a two electron transfer process. The new polymers exhibit 10 to 30 units in solution as determined by gel permeation chromatography (GPC). Moreover, these polymers exhibit luminescence properties. The products were characterized by [superscript 1]H and [superscript 31]P NMR, IR, UV-vis, elemental analysis, X-ray crystallography (when possible), TGA (thermogravimetric analysis), electrochemical studies, luminescence spectroscopy, photophysics, and mass spectrometry. The absence of electrical conductivity in the solid state prompted us to investigate the development of dye sensitized solar cells (DSSC) of the Gratzel cell type, since this type does not require the polymer or dye material to be conductive as the regeneration process is accomplished via iodine/iodide in aqueous solution. These DSSC are liquid solar cell as opposed to the solid state plastic cells. The polymers were found to have potential applications in such devices but further analysis is needed for fine tuning and optimisation. The second section of this project (Chapter 3) deals with the anthraquinone diimine and anthracene diamine derivatives. The aim of this structure modification was to increase the rigidity and the stability of the ligand (with respect to those described in Chapter 2) along extending the conjugation and in order to explore a new class of polymers. The anthracenyl residue also includes the possibility of branching redox active pendant groups. Indeed, the antraquinone diimine was studied with different substituents. Bromide and amino groups were used in order to change the electron density in the anthraquinone unit which induce a perturbation on the photophysical properties. These substituents also have an effect on the electrochemical properties. The newly synthesized polymers varied from 5 to 17 units in length, measured using GPC. Moreover, these polymers exhibit luminescence properties. The products were characterized by [superscript 1]H and [superscript 31]P NMR, IR, UV-vis, elemental analysis, X-ray crystallography (when possible), TGA (thermogravimetric analysis), electrochemical studies, luminescence spectroscopy, photophysics, and mass spectrometry. The last sections (Chapter 4 and 5) report the synthesis and characterization ([superscript 1]H and [superscript 31]P NMR, IR, UV-vis and mass spectrometry) of several quinone and anthraquinone dendrimeric ligands and quinone-containing spacers as precursors for future investigations. Due to the embryonic stages of these projects, only structural analysis of the product will be discussed.
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Do, Mai Trang. "Fabrication of submicrometer 3D structures by one-photon absorption direct laser writing and applications." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015DENS0001/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur l’étude d’une nouvelle technique de microscopie basée sur le phénomène d’absorption linéaire ultra-faible (LOPA) de matériaux photosensibles pour la fabrication de structures submicrométriques à deux et à trois dimensions (2D, 3D). Premièrement, nous avons étudié théoriquement la distribution de l'intensité lumineuse dans la région focale d’un objectif de microscope de grande ouverture numérique en fonction des différentes conditions de travail, telles que la propagation de la lumière dans un milieu absorbant avec variation d'indice de refraction. Nous avons démontré que lorsque l'on travaille avec un matériau quasi homogène ayant de très faible absorption à la longueur d’onde du faisceau d’excitation, le faisceau laser peut être focalisé en profondeur à l'intérieur du matériau, ce qui permet de manipuler optiquement des objets en 3D. Nous avons ensuite démontré expérimentalement l'utilisation de cette technique pour fabriquer des structures à la demande. Différentes structures 2D et 3D submicrométriques ont été crées en résine SU-8, en utilisant un laser continue de faible puissance à 532 nm. Ces résultats sont similaires à ceux obtenus par la méthode d’absorption à deux photons, mais le coût de fabrication a été énormément réduit. De plus, nous avons démontré qu'il est possible de fabriquer des structures photoniques à base de polymère contenant une seule nanoparticule (NP), en utilisant un procédé à deux étapes. En effet, nous avons d'abord déterminé avec précision la position d'une seule NP d’or, en utilisant une puissance d’excitation très faible, puis nous l'avons insérée dans une structure photonique par une puissance d’excitation plus élevée. Le couplage d'une NP d’or et d'une structure photonique à base de polymère a été ensuite étudié théoriquement et expérimentalement, montrant une amélioration importante de la collection des photons émis par la NPThis work deals with a novel microscopy technique based on the ultra-low one-photon absorption (LOPA) mechanism of photosensitive materials for fabrication of arbitrary two- and three-dimensional (2D, 3D) submicrometer structures. First, we theoretically investigated the intensity distribution at focusing region of a high numerical aperture objective lens as a function of various working conditions, such as propagation of light mismatched refractive index and/or absorbing media. We demonstrated that when working with refractive index mismatch-free and very low absorption conditions, the light could be focused deeply inside the material, allowing a 3D optical manipulation. We then demonstrated experimentally the use of this simple technique for fabrication of desired structures. Different 2D and 3D structures, with a feature as small as 150 nm, have been created in SU-8 photoresist by using a low power and continuous-wave laser emitting at 532 nm. Furthermore, we demonstrated that it is possible to fabricate a polymer-based photonic structure containing a single nanoparticle (NP), by using a double-step method. Indeed, the LOPA microscopy allowed us first to accurately determine the location of a single gold NP and then to embed it as desired into an arbitrary SU-8 photonic structure. The coupling of a gold NP and a polymer-based photonic structure was theoretically and experimentally investigated showing a six-fold photons collection enhancement as compared to that of a NP in unpatterned film
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Dellinger, Jean. "Imagerie hyperspectrale en champ proche optique : développement et applications à la nanophotonique." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00908824.
Full textAbstract:
La microscopie en champ proche optique permet d'analyser les phénomènes optiques avec une résolution spatiale sublongueur d'onde comme par exemple la localisation et la propagation de la lumière dans des cristaux photoniques. D'une manière générale, les méthodes de microscopie en champ proche optique reposent sur le positionnement à l'échelle nanométrique d'une sonde locale à proximité de l'échantillon à analyser, puis sur la détection du signal diffusé et collecté lors du balayage de la sonde. En fonction du type de détection optique mise en oeuvre ou du type de sonde utilisée, les grandeurs physiques communément accessibles par ces méthodes sont les distributions spatiales de l'amplitude et de la phase ou de l'intensité des composantes électriques ou magnétiques du champ sondé.Ce travail de thèse est consacré à la mise en place d'une détection hyperstectrale en champ proche optique dans le but de comprendre et de caractériser, à des échelles sublongueurs d'onde, les propriétés spectrales et spatiales de systèmes optiques miniaturisés. L'imagerie hyperstectrale fournit en une seule acquisition, une série d'image à chaque longueur d'onde dans les gammes spectrales visibles, infrarouges et aux longueurs d'onde des télécommunications optiques. Cette nouvelle technique d'imagerie a permis l'observation, sur une large bande spectrale, de phénomènes électromagnétiques dépendant de la longueur d'onde tels que les effets superprisme et mirage dans les cristaux photoniques et la mise en forme de faisceaux de Bessel plasmoniques
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Lacatena, Valeria. "Fabrication and thermal conductivity characterization of phononic engineered silicon membranes for thermoelectric applications." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10045/document.
Full textAbstract:
La thermoélectricité rencontre un intérêt croissant ces dernières années comme source d'énergie alternative pour l’alimentation de dispositifs micro- et nano- électroniques. Les matériaux thermoélectriques transforment par effet Seebeck une différence de température en énergie électrique utile. Dans les dispositifs thermoélectriques, l’énergie perdue en général sous forme de chaleur résiduelle peut ainsi être recyclée en utilisant les gradients de température existants. L'efficacité thermoélectrique dépend des propriétés électroniques du matériau et de sa conductivité thermique κ. Le silicium présente une très bonne conductivité électrique et un coefficient Seebeck prometteur, mais sa conductivité thermique phononique limite fortement son potentiel pour des applications thermoélectriques, du moins sous forme de matériau massif. Par contre, la nanostructuration du silicium en couches minces, et a fortiori la fabrication de cristaux phononiques permet de réduire fortement la conductivité thermique. Dans ce travail, des simulations de dynamique moléculaire sont réalisées pour confirmer cette stratégie et permettre la définition d'un design optimal de membranes perforées. De plus, le travail expérimental montre différentes méthodologies de fabrication de membranes phononiques de silicium intégrées dans une plate-forme de métrologie. Plusieurs techniques de caractérisation (Electrothermique, Raman et Microscopie à sonde thermique) ont ensuite été utilisées pour déterminer la conductivité thermique des membranes. Une réduction considérable de κ est obtenue pour le silicium, permettant d’envisager l’intégration de ces membranes dans un convertisseur thermoélectriqueIn the last twenty years, the continuous seek for alternative energy sources to power micro- and nano-electronic devices has marked the rise of interest toward thermoelectricity. Thermoelectric materials can turn directly, by Seebeck effect, the temperature difference into useful electric power. The energy lost as waste heat can be re-used as a power source. It is known that, to improve thermoelectric efficiency, an important role is played by material’s electronic properties and its thermal conductivity. Silicon exhibits very good electrical conductivity and Seebeck parameter, but its lattice thermal conductivity represents the bigger obstacle for thermoelectric applications, preventing its direct integration as bulk material. It has been demonstrated that nanostructuring silicon in thin films enables the reduction of thermal conductivity down to one order of magnitude. Furthermore, a supplementary decrease of thermal conductivity is possible by periodical patterning of the silicon thin film in a photonic-like way, creating Phononic Crystals (PnCs). In our work molecular dynamics simulations are performed to confirm the trend envisaged and allow the definition of an optimal design for the patterned membranes. Moreover, our experimental work lists different fabrication methodologies of silicon phononic engineered membranes integrate into a metrology platform. Several characterization techniques (Electrothermal , Raman thermometry, Scanning Thermal Microscopy) are used to determine the membranes thermal conductivity. A considerable reduction of κ is obtained for silicon, paving the way for a prospective integration of those membranes into a thermoelectric converter
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Dossou, Michel. "Les modes de résonance acoustique dans les fibres optiques microstructurées - Applications aux capteurs répartis." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00614250.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse rassemble nos résultats d'étude sur l'utilisation des modes de résonance acoustique pour réaliser des capteurs répartis à base des fibres à cristaux photoniques (Photonic Crystal Fibres : PCF). Tout d'abord, nous avons démontré qu'à l'heure actuelle, il est difficile voire impossible de mesurer en rétrodiffusion les modes acoustiques transverses dans une fibre optique. Ces modes dont la fréquence est inférieure à 2 GHz, ont été mesurés dans une boucle non linéaire sur une PCF, une fibre conventionnelle et une fibre à dispersion décalée. Les différents spectres montrent une dépendance à la structure transverse des fibres. Ensuite, nous avons mis au point un réflectomètre Brillouin (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer : BOTDR) permettant de suivre en temps réel le spectre Brillouin le long d'une fibre avec une résolution spatiale de l'ordre d'une dizaine de mètres. Il est particulièrement capable de discriminer différents modes présents dans le spectre Brillouin. La comparaison des spectrogrammes obtenus sur différentes structures transverses de fibres, confirme que l'existence de multipics Brillouin dans les PCF est liée au très petit coeur (dont le diamètre est de l'ordre de la longueur d'onde de mesure) de la fibre. Enfin, toujours dans l'optique de mieux observer le spectre Brillouin réparti, nous avons développé un outil d'analyse Brillouin vectorielle permettant de cartographier avec précision les modes Brillouin hybrides grâce à la complémentarité du spectrogramme de phase. Les mesures réalisées sur une PCF dont le diamètre varie linéairement de 3,5 μm à 2,6 μm montrent un second mode Brillouin dont la fréquence varie à raison de -118,2 MHz/ μm.
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Alcotte, Reynald. "Epitaxie en phase vapeur aux organométalliques de semiconducteurs III-As sur substrat silicium et formation de contacts ohmiques pour les applications photoniques et RF sur silicium." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT005/document.
Full textAbstract:
Avec l’avènement de l’internet des objets, la diversification des moyens de communication et l’augmentation de la puissance de calcul des processeurs, les besoins en termes d’échange de données n’ont cessé d’augmenter. Ces technologies nécessitent de combiner notamment sur un circuit intégré des fonctions optiques et RF réalisées à partir de matériaux III-V avec des fonctions logiques en silicium. Cependant en pré requis à la réalisation de ces dispositifs, il faut obtenir des couches de III-V sur des substrats de silicium avec une bonne qualité structurale et savoir former des contacts de type n et p avec une faible résistivité. L’objectif de cette thèse est d’intégrer sur silicium du GaAs car ce matériau est couramment employé dans fabrication d’émetteurs et de récepteurs pour les communications sans fils ainsi que dans la conception de LEDs et de lasers. Dans cette optique, ces travaux de thèse proposent donc d’étudier la croissance de GaAs sur des substrats de silicium de 300 mm par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques et sur la formation de contacts n et p avec une faible résistivité sur ce même GaAs. En premier lieu, des études seront menées pour pouvoir s’affranchir des défauts générés durant la croissance du GaAs sur silicium (parois d’antiphase et dislocations émergentes). Par la suite, des caractérisations structurales (diffraction par rayons X, FIB STEM), morphologiques (AFM), électriques (effet hall) et optiques (photoluminescence) permettront de rendre compte de la qualité du matériau et de l’impact de ces défauts. Enfin, l’évolution des propriétés (optiques et de transport) du GaAs ainsi que la formation de contacts de type n et p avec une faible résistivité sera abordéeWith the emergence of Internet of Things (IoT), diversification of communication means and rise of processors’ computational power, the requirements in data exchange never stopped rising. These technologies need to combine on integrated circuits, optical and RF purposes fabricated from III-V compounds with silicon logical functions. However, as preliminary for the achievement of such devices, III-V semiconductors with good crystal quality have to be obtained on silicon substrates and formation of n & p type contacts with low resistivity is required. The purpose of this thesis is to integrate GaAs on silicon because this semiconductor is frequently used for the fabrication of emitters and receptors for wireless communication as well as in LEDs and lasers’ conception. With this is mind, this PhD work focuses on the growth of GaAs on 300 mm silicon substrates by metalorganic chemical vapour deposition and the formation of n & p type contacts with low contact resistivity on this GaAs. Firstly, efforts will put on the removal of the crystalline defects being the most prohibitive for the use of such materials: antiphase boundaries and threading dislocations. Then, structural (X-ray diffraction, FIB STEM), morphological (AFM), electrical (Hall Effect) and optical (photoluminescence) characterizations will highlight the quality of the epitaxial films. Finally, the evolution of GaAs properties (optical and transport) and the formation of n & p-type contacts with low resistivity will be discussed
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Perrier-Cornet, Romain. "Précipitation de particules polymères réticulées : applications comme supports fonctionnels et propriétés interfaciales." Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13603.
Full textAbstract:
L'élaboration de matériaux polymères à la fois fonctionnels et résistants est une problématique récurrente au développement de supports particulaires utilisables en conditions extrêmes. L'augmentation de leur taux de réticulation et de leur surface spécifique constitue généralement la solution pour allier résistance et accessibilité des fonctions. Récemment, une technique de synthèse de particules à taux de réticulation élevé et morphologie contrôlée, fondée sur la précipitation contrôlée de microgels à base de divinylbenzène dans l'acétonitrile, a été développée. Les travaux entrepris au cours de cette thèse avaient pour objectif d'utiliser et de jauger cette nouvelle voie de polymérisation pour l'élaboration de particules réticulées, de fonctionnalité et de taille contrôlées, destinées à être utilisées comme supports polymères. Dans un premier temps, la synthèse par précipitation de particules fonctionnalisées au moyen de motifs anthraquinone est décrite. Ces dernières ont été testées en tant que catalyseur pour cuisson pepetière Kraft, leur efficacité et leur recyclabilité ont été mises en évidence. Cette partie est complétée, dans le chapitre trois, par l'étude de leurs propriétés éléctrochimiques par voltampérométrie cyclique, propriétés mises à profit pour la catalyse de l' électroréduction de l'oxygène. Le quatrième chapitre est consacré à l'applicabilité des particules, obtenues par précipitation, comme supports pour chromatographie liquide haute performance. L'étude de leur pouvoir séparateur et les voies de synthèse pour l'obtention de phases stationnaires chirales y sont présentées. Par ailleurs, ces particules ont révélé des propriétés aux interfaces originales, permettant leur utilisation pour la synthèse de cristaux photoniques et la stabilisation d'émulsions de Pickering sensibles au pH, examinées dans le dernier chapitre
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Santini, Guillaume. "Conception fabrication et caractérisation d’un photorécepteur cohérent en filière PIC InP pour les applications 100-400 Gbit/s." Thesis, Evry, Institut national des télécommunications, 2017. http://www.theses.fr/2017TELE0024/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la conception, la fabrication et la caractérisation d’un photorécepteur cohérent en filière PIC InP pour les applications 100-400 Gbit/s. La solution retenue est un récepteur cohérent pré-amplifié par un SOA pour permettre d’améliorer la responsivité du récepteur par rapport à un récepteur cohérent classique. De plus, ce récepteur est réalisé en technologie enterrée pour permettre un fonctionnement sur une plus grande gamme de longueurs d’onde. Enfin, un récepteur cohérent non pré-amplifié est aussi réalisé pour pouvoir évaluer l’impact de l’intégration du SOA sur le fonctionnement de notre récepteur. La première partie de cette étude est consacrée à des rappels sur les transmissions optiques à très haut débit, à un état de l’art sur les récepteurs cohérents, à une présentation des différents photodétecteurs et à une présentation de l’hybrid 90° qui est le composant coeur des récepteurs cohérents. Dans un second temps, nous présentons les différents choix retenus pour la conception de notre récepteur. L’étude de deux hybrid 90° simulés en technologie ridge et en technologie enterrée est détaillée. Nous commentons également le choix des photodiodes ainsi que le choix du SOA utilisé pour notre composant. Le troisième chapitre est consacré aux différentes étapes technologiques permettant la fabrication de notre récepteur cohérent pré amplifié. Nous commençons par une description des différentes techniques d’épitaxie utilisées. Ensuite, nous présentons en détails les 22 étapes technologiques nécessaires pour réaliser notre récepteur. Enfin, nous regroupons l’ensemble des caractérisations réalisées sur notre récepteur cohérent. Après un rappel sur les différentes parties de celui-ci et de leurs performances clés, nous caractérisons les composants unitaires formant notre récepteur (mixeur cohérent, photodiodes UTC et SOA). Enfin nous présentons les caractéristiques statiques et dynamiques de notre récepteur et nous comparons ses performances avec celles de l’état de l’art. Ces travaux de thèse ont permis de démontrer la faisabilité d’un récepteur pré-amplifié utilisant un SOA intégré en technologie InP enterrée avec un record de responsivité de 5 A/W. Ceci représente un gain de 12,5 dB par rapport à un récepteur cohérent non amplifié idéal et un gain de 15,5 dB par rapport à l’état de l’art des récepteurs cohérents. De plus, la consommation engendrée par cette intégration reste très faible (240 mW). Enfin, nous avons démontré une démodulation à 32 Gbauds avec un facteur Q de 14 dB. La bande passante de 40 GHz de nos diodes est compatible avec des applications à 56 Gbauds et peut être améliorée pour des applications à 100 Gbauds en réduisant la taille des photodiodes. Ce travail de thèse ouvre donc le chemin pour de nouveaux récepteurs pré-amplifés par un SOA pour des applications à 400 Gbit/sThis work focuses on the design, manufacturing and characterization of a coherent photoreceptor in PiC InP for 100-400 Gbit/s applications. The chosen solution is a preamplified coherent receiver with an SOA to improve the responsivity compared to a conventional coherent receiver. In addition, this receiver is made in buried technology to allow operation over a wider range of wavelengths. Finally, a coherent receiver without SOA is also produced to be able to evaluate its impact on the performances of our receiver. The first part of this study is devoted to reminders about very high speed optical transmissions, about state of the art on coherent receivers, about a presentation of the different photodetectors and a presentation of the 90° hybrid which is the core component in coherent receivers. Secondly, we present the various choices made for the design of our receiver. The study of two 90° hybrids simulated in ridge or in buried technology is detailed. We also comment the choices of photodiodes and SOA used for our component. The third chapter is devoted to the different technological steps used to build our preamplified receiver. We start with a description of the different epitaxial techniques used. Then, we present in detail the 22 technological steps required to realize our receiver. Finally, we group all the characterizations preformed on our coherent receiver. We characterize the unitary components of our receiver (hybrid 90°, UTC photodiodes and SOA). Finally we present the static and dynamic characteristics of our receiver and we compare its performances with the state of the art. This thesis demonstrates the feasibility of a preamplified receiver using a SOA in buried InP technology with a record of reponsivity of 5 A/W. This represents a gain of 12.5 dB compared to an ideal coherent receiver and a gain of 15,5 dB compared to the state of the art. In addition, the consumption generated by this integration remains very low (240 mW). Finally, we have demonstrated a 32 Gbauds demodulation with a Q factor of 14dB and the 40 GHz bandwidth of our photodiodes is compatible with 56 Gbauds applications. It can be improved for 100 Gbauds applications by reducing the size of our photodiodes. This thesis opens the way for a new preamplified coherent receiver for 400 Gbit/s applications
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El, bassri Farid. "Sources lasers déclenchées nanosecondes : Applications à la spectroscopie Raman cohérente sous champ électrique." Thesis, Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO0060/document.
Full textAbstract:
Du fait de leur compacité, leur robustesse et leur faible coût, les microlasers impulsionnels nanosecondes constituent des sources particulièrement attractives pour de nombreux systèmes de détection et d'analyse, en particulier les cytomètres en flux ou les dispositifs pour la spectroscopie CARS (Coherent Raman Anti Stokes Scattering). Cependant, ces applications nécessitent des performances améliorées en ce qui concerne la gigue temporelle et la cadence de répétition accessible. Dans sa première partie, cette thèse propose des solutions originales pour atteindre les performances requises à partir de microlasers passivement déclenchés, grâce à la mise en oeuvre d'une cavité hybride couplée, pompée par une onde modulée en intensité. Une cadence de répétition supérieure à 30 kHz avec une gigue demeurant inférieure à 200 ns est atteinte. Le potentiel de microlasers à fibres déclenchés par modulation du gain pour monter en cadence est aussi évalué, montrant que des impulsions à faible gigue, à une cadence de plus de 2 MHz peuvent être produites. Enfin, la dernière partie est consacrée à la mise au point et à l'exploitation d'un nouveau système de spectroscopie CARS assisté par une excitation électrique haute tension. Ce dispositif, réalisé à partir d'un microlaser amplifié, permet de s'affranchir du bruit de fond non résonnant des mesures et de réaliser une analyse spectroscopique fine de la réponse de différents milieux d'intérêt sous champ continu ou impulsionnel, pouvant conduire à une nouvelle méthode de microdosimétrie de champ. Diverses applications, dont la granulométrie à l'échelle micro ou nanométrique ou l'identification de marqueurs pour la biologie, sont démontréesThanks to their compactness, robustness and low cost, pulsed nanosecond microlasers are particularly attractive sources for different detection and analysis systems, particularly flow cytometers or devices for CARS (Coherent Anti Raman Stokes Scattering) spectroscopy. However, these applications require reduced time jitter and increased repetition rate. The first part of this thesis proposes novel solutions to achieve the required performance from passively Q-switched microlasers, which are based on an hybrid coupled-cavity and intensitymodulated pump wave. A repetition rate greater than 30 kHz with jitter remaining lower than 200 ns is reached. Pulsed fiber microlasers operating by gain switching are also studied, showing that pulses with low timing jitter, at a repetition rate of more than 2 MHz can be obtained. The last part is devoted to the development and the implementation of a new system of CARS spectroscopy assisted by a high-voltage electrical stimulation. This device, based on an amplified microlaser, allows to substract the non-resonant background noise in the measurements. Thus, a fine spectroscopic analysis of the response of different environments of interest in continuous or pulsed field can be achieved. It may lead to a new method for field microdosimetry. Various applications, including granulometry at the micro or nanometric scale and the identification of markers for biology, are shown
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Samsel, Marcel. "Métrologie photonique et photonique de puissance applications biomédicales et industrielles /." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37609692p.
Full text
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Samsel, Marcel. "Metrologie photonique et photonique de puissance : applications biomedicales et industrielles." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1987. http://www.theses.fr/1987STR13122.
Full textAbstract:
Contribution a la thermographie et a la thermometrie biomedicales par cristaux liquides cholesteriques; a l'emissivimetrie infrarouge et a la rugosimetrie par analyse de speckle; a la keratoplastie par laser co::(2)
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Marcaud, Guillaume. "Intégration d'oxydes fonctionnels pour applications en photonique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS513/document.
Full textAbstract:
Le 21ème siècle est marqué par une nouvelle ère du numérique, notamment due au développement d’objets connectés toujours plus nombreux et variés. L’incroyable croissance, du flux de données produites, échangées et stockées au niveau mondial, a permis l’émergence de nouvelles technologies comme la photonique silicium. Cette dernière est cependant limitée par les propriétés intrinsèques du silicium, comme son gap indirect et sa structure cristalline centro-symétrique.En parallèle, la famille des oxydes fonctionnels présente une incroyable diversité de propriétés, comme la ferroélectricité ou la piézoélectricité. Leur intégration en photonique est principalement limitée par l’épitaxie sur silicium. En effet, la différence de paramètre de maille entre la plupart des oxydes et le silicium engendre une grande quantité de défauts et donc une forte dégradation de leurs propriétés. L’oxyde de zirconium stabilisé à l’yttrium (YSZ), qui présente un paramètre de maille intermédiaire, assure la transition entre les réseaux cristallins. Ce travail de thèse s’articule ainsi autour de la croissance d’YSZ et la caractérisation de ses propriétés en optique intégrée.Dans un premier temps, nous avons étudié la croissance d’YSZ par ablation laser pulsé (PLD), ainsi que la fabrication et caractérisation de structures photoniques sur substrat de saphir. Nous avons mis en évidence le rôle du recuit du substrat avant dépôt, sur l’orientation et la qualité du film. L’optimisation du dépôt et le développement d’un procédé de fabrication, a permis la démonstration de guides d’onde à faibles pertes, d’environs 2 dB/cm, et de composants passifs plus complexes comme des structures résonantes en anneau, micro-disques et filtres de Bragg. Nous avons également caractérisé les propriétés optiques non-linéaires du troisième ordre de l’YSZ dont les résultats expérimentaux ont été confirmés par des calculs théoriques. La valeur de l’indice de réfraction non-linéaire n2, de l’YSZ, est comparable à celle du nitrure de silicium (SiN), déjà utilisé comme matériau non-linéaire.En raison de la différence de paramètre de maille et du coefficient d’expansion thermique, l’intégration d’YSZ est susceptible d’induire de larges contraintes dans le silicium, et de briser sa centro-symétrie. De récentes études, expérimentales et théoriques, ont démontré que les contraintes permettent d’exploiter des propriétés optiques non-linéaires d’ordre deux dans le silicium, normalement inexistantes dans ce matériau. Pour caractériser la distribution des contraintes, vues par un mode optique se propageant dans un guide d’onde silicium, nous avons mis en place une nouvelle technique expérimentale basée sur l’effet Raman en optique intégrée. Des signatures d’évolutions de phonons très intéressantes ont été mesurées. Cependant, les modèles théoriques n’ont pas permis de calculer des valeurs de contraintes comparables à celles prévues par les simulations et des études complémentaires sont nécessaires.Finalement l’intégration d’YSZ en photonique silicium a été étudiée selon trois approches. La première et la deuxième consistent au dépôt d’YSZ sur des guides d’onde silicium, encapsulés ou non par une couche de silice. La troisième comprend la fabrication de guides d’onde dans une couche d’YSZ, déposée sur un substrat de silicium non structuré. Nous avons mis en évidence l’absence de contrainte dans chacune des configurations, justifiée par la présence de silice à l’interface entre l’YSZ et le silicium. Les pertes de propagation dans de tels guides hybrides YSZ/Si, initialement supérieures à 250 dB/cm ont été réduites à 7,5 dB/cm par l’optimisation de la croissance et de la géométrie des guides21st century stands out as a new numeric area, particularly due to the development of Internet of Things. The exceptional growth of produced, transmitted and stored data all around the world led to new emerging technologies such as silicon photonics. However, silicon has intrinsic limitations for photonic applications including indirect bandgap and centrosymmetry of its lattice.In parallel, functional oxides family exhibits an impressive panel of properties such as ferroelectricity or piezoelectricity. The epitaxial growth is the main limitation for their integration in silicon photonics. Indeed, the lattice mismatch between most of the oxides and silicon induces high defects density which strongly degrades their properties. Nevertheless, one of these oxides, Yttria-Stabilized Zirconia (YSZ), can be used for the lattice transition. The objectives of the PhD work was then to study the YSZ growth mechanisms and to determine its properties in integrated optics.First, the epitaxial growth of YSZ, using Pulsed-Laser Deposition (PLD), as well as the fabrication and characterization of photonics structures have been developed on sapphire substrate. We reported the role of substrate annealing before deposition, on the orientation and quality of YSZ thin film. The optimization of the epitaxial growth, and the development of a fabrication process, allowed the demonstration of YSZ-based waveguides with propagation losses as low as 2 dB/cm. We also characterized more complex passives structures, in particular ring resonators, micro-disks and Bragg filters. Furthermore, third-order optical nonlinear properties in YSZ waveguides were experimentally determined for the first time. The n2 value, obtained experimentally, is in agreement with theoretical calculation and is in the same order of magnitude than the value reported for silicon nitride SiN, a well-known nonlinear material.Due to lattice mismatch and thermal expansion coefficient difference, the growth of YSZ is expected to induce large strain in silicon, breaking its crystal centrosymmetry. Recent experimental and theoretical studies have demonstrated the possibility to exploit second-order optical nonlinear effects in strained silicon, usually vanishing in this material. To probe the strain distribution, seen by an optical mode propagating in a silicon waveguide, we developed an innovative Raman-based experimental technique for integrated optics. Even if typical phonons behaviors have been revealed, theoretical modeling of experimental data did not lead to strain values comparable to the simulation predictions and complementary studies are required.Finally, three approaches have been tested for the integration of YSZ in silicon photonics. The first and second one include the growth of YSZ on silicon waveguides, buried or not in a silica layer. The third one involves the fabrication of waveguides in a YSZ thin film, deposited on a flat silicon substrate. No strains in the silicon have been observed, justified by the silica interfacial layer between YSZ and silicon. Propagation losses of hybrid YSZ/Si waveguides, initially more than 250 dB/cm, have been reduced to 7.5 dB/cm thanks to YSZ growth optimization and an adapted waveguides geometry
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Li, Cheng. "Nouvelle filière nanotechnologique sur silicium poreux : Application à des dispositifs photoniques." Lyon, INSA, 2010. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2010ISAL0033/these.pdf.
Full textAbstract:
Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet qui porte sur la mise au point d’une filière technologique à base silicium poreux en nanophotonique et en particulier pour des applications en détection chimique ou biologique. Dans ce cadre, l’un des verrous technologiques est la micro- ou nanostructuration dans le plan du Si poreux afin de réaliser des cristaux photoniques 1. 5D, 2D ou 2. 5D. Ceci permettrait d’accroître de manière significative la sensibilité de détection. L’objectif de cette thèse vise à lever ce verrou en mettant au point la technologie de nanostructuration du Si poreux afin de réaliser ces cristaux photoniques. Tout d’abord, les méthodes expérimentales sur la fabrication et caractérisation du silicium poreux ont été étudiées. Ensuite, nous avons présenté le cœur de ce travail, à savoir : l’étude de la gravure plasma du silicium poreux et la mise en place de la technologie pour la nanostructuration. Les études ont porté sur des échantillons de forte (75%) et faible porosité (35%). Les cinétiques de gravures ont été étudiées, et une stratégie originale pour surmonter le problème de gravure RIE de substrat isolant est présentée. Enfin, nous avons présenté l’aboutissement de ce travail : la réalisation et la caractérisation optique d’un dispositif à cristal photonique à base de la technologie développée dans cette thèse. Cette réalisation expérimentale constitue la validation des travaux effectués dans cette thèse. Nous montrerons que cette approche a permis la réalisation de résonateur photonique très sensible à l’environnementPorous silicon is a very interesting material for biosensing applications : 1. It is a biocompatible material, 2. Its huge specific surface enhanced by many orders of magnitude the sensibility, 3. The refractive index could be easily and continuously tuned over a wide range. All these reasons make this material suitable for photonic devices. In a previous work, it has been shown that simple multiplayer devices could be used to realize a surface wave sensor that is by a least one order of magnitude more sensitive to equivalent surface plasmon devices. In this thesis, we want to go a step further by using photonic crystal structures. Using such structure, it is expected to increase the sensitivity and to realize more compact devices. However, etching a photonic crystal structure on porous silicon is a real technological challenge. The aim of this work is to confront this challenge
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Gorbovyi, Pavlo. "Elaboration des matériaux photosensibles organiques-inorganiques pour les applications en photonique." Paris 13, 2012. http://scbd-sto.univ-paris13.fr/intranet/edgalilee_th_2012_gorbovyi.pdf.
Full textAbstract:
Cette étude concerne l’élaboration de matériaux hybrides à base de nanoparticules da taille définie de TiO₂ obtenues par la méthode sol-gel conduisant à une amélioration de la photosensibilité. Une nouvelle méthode de fabrication incluant 3 étapes : (i) production de nanoparticules monodisperses, (ii) échange surfacique de ligands, (iii) polymérisation organique, a été proposée. Trois types d’hybrides basés sur des nanoparticules de TiO₂ de 5 nm de diamètre ont été réalisés : (1) pHEMA-TiO₂ et (2) pMAPTMS-TiO₂ (nanoparticules isolées) et (3) pHEMA-TiO₂ (nanoparticules assemblées dans un gel). La cinétique des nanoparticules a été suivie par DLS/SLS. Les matériaux hybrides ont été caractérisés par SEM/TEM, FTIR, Raman, XRD, RMN et UV-Visible. Le matériau le plus homogène optiquement est obtenu pour de fortes concentrations CNP≥8•10¹⁷ cm⁻³. Le rendement quantique de la séparation des charges photo-induits et la capacité de stockage des électrons (e⁻/Ti) atteignent respectivement 75 % et 25 % dans le meilleur des cas. Des microstructures hybrides 3D ont été réalisées par photopolymérisation Laser à un et deux photons. Ces structures conservent leurs propriétés photochromes. Les hybrides pHEMA-TiO₂ sont mieux adaptés à la 2D/3D « micropatterning », du fait de la conversion des centres photo-induits Ti⁴⁺ -Ti³⁺ (réversible) alors que les hybrides pMAPTMS-TiO₂le sont plutôt pour la 2D/3D « micromachining » lié à la polymérisation à deux photons. Les études des propriétés électroniques, optiques et magnétiques des hybrides irradiés pourront conduire vers des applications en photonique, optoélectronique, biomédecine, etcThe presented study is devoted to the elaboration by sol-gel process of nanoparticulate TiO₂ hybrid materials with well-defined morphology and improved photonic sensitivity. The new approach to the fabrication process has been proposed, which includes 3 main stages: (i) size-selected nanoparticles preparation, (ii) surface groups exchange and (iii) organic polymerization. Three types of hybrids, (1) pHEMA-TiO₂ and (2) pMAPTMS-TiO₂ with the inorganic component in form of isolated 5-nm nanoparticles and (3) pHEMA-TiO₂with the nanoparticles assembled in gel chains were realized. The nanoparticles kinetics was studied by DLS/SLS method. The materials were characterised by SEM/TEM, FTIR, Raman, XRD, NMR and UV-visible spectroscopy methods. The most homogeneous optical-grade hybrids (3) were obtained at high nanoparticle loadings CNP≥8•10¹⁷ cm⁻³. The quantum yield of photoinduced charges separation and charges storage capacity (e⁻/Ti) attain respectively 75% and 25% in best of these systems (3). One- and two- photon laser polymerization has been applied to realise 3D microstructures in the hybrid materials. The obtained structures keep their photochromic properties. The obtained HEMA-TiO₂ hybrids show better efficiency in 2D/3D micropatterning, related to the photoinduced Ti⁴⁺ -Ti³⁺ centres conversion (reversible), whereas MAPTMS-TiO₂hybrids are better suited for 2D/3D micromachining, related to 2-photon laser polymerisation. Further studies of electronic, optic and magnetic properties of the irradiated domains may enable the material applications in photonics, optoelectronics, biomedicine, etc
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Carletti, Luca. "Photonique intégrée nonlinéaire sur plate-formes CMOS compatibles pour applications du proche au moyen infrarouge." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2015. http://www.theses.fr/2015ECDL0013/document.
Full textAbstract:
La photonique intégrée offre la possibilité d’exploiter un vaste bouquet de phénomènes optique nonlinéaires pour la génération et le traitement de signaux optiques sur des puces très compactes et à des débits potentiels extrêmement rapides. De nouvelles solutions et technologies de composants pourraient être ainsi réalisées, avec un impact considérable pour les applications télécom et datacom. L’utilisation de phénomènes optiques nonlinéaires (e.g. effet Kerr optique, effet Raman) permet même d’envisager la réalisation de composants actifs (e.g. amplificateurs, modulateurs, lasers, régénérateurs de signaux et convertisseurs en longueur d’onde).Pendant cette dernière décennie, les efforts ont principalement porté sur la plateforme Silicium sur isolant (SOI), profitant du fort confinement optique dans ce matériau, qui permet la miniaturisation et intégration de composants optiques clés (e.g. filtres passifs, jonctions coupleurs et multiplexeurs). Cependant, la présence de fortes pertes nonlinéaires dans ce matériau aux longueurs d’onde d’intérêt (i.e. autour de 1.55 µm dans les télécommunications) limite certaines applications pour lesquelles une forte réponse nonlinéaire est nécessaire et motive la recherche de nouvelles plates-formes, mieux adaptées. L’objectif premier de cette thèse était ainsi l’étude de matériaux alternatifs au Si cristallin, par exemple le silicium amorphe hydrogéné, alliant de très faibles pertes nonlinéaires et une compatibilité CMOS, pour la réalisation de dispositifs photoniques intégrés qui exploitent les phénomènes nonlinéaires. Alternativement, l’utilisation de longueurs d’onde plus élevées (dans le moyen-IR) permet de relaxer la contrainte sur le choix de la filière matériau, en bénéficiant de pertes nonlinéaires réduites, par exemple dans la filière SiGe, également explorée dans cette thèse. Ce travail est organisé de la façon suivante. Le premier chapitre donne un iii panorama des phénomènes nonlinéaires qui permettent de réaliser du traitement tout-optique de l’information, en mettant en évidence les paramètres clés à maitriser (confinement optique, ingénierie de dispersion) pour les composants d’optique intégrée, et en présentant le cadre de modélisation de ces phénomènes utilisé dans le travail de thèse. Il inclut également une revue des démonstrations marquantes publiées sur Silicium cristallin, donnant ainsi des points de référence pour la suite du travail. Le chapitre 2 introduit les cristaux photoniques comme structures d’optique intégrée permettant d’exalter les phénomènes nonlinéaires. On s’intéresse ici aux cavités, avec une démonstration de génération de deuxième et troisième harmoniques qui exploite un design original. Ce chapitre décrit également les enjeux associés à l’utilisation de guides à cristaux photoniques en régime de lumière lente, qui serviront de fondements pour le chapitre 4. Le chapitre 3 présente les résultats de caractérisation de la réponse nonlinéaire associée à des guides réalisés dans deux matériaux alternatifs au silicium cristallin : le silicium amorphe hydrogéné testé dans le proche infrarouge et le silicium germanium testé dans le moyen infrarouge. Le modèle présenté au chapitre 1 est exploité pour déduire la réponse de ces deux matériaux, et il est même étendu pour rendre compte d’effets nonlinéaires d’ordre plus élevé dans le cas du silicium germanium à haute longueur d’onde. Ce chapitre inclut également une discussion sur la comparaison des propriétés nonlinéaires de ces deux matériaux avec le SOI standard. Le chapitre 4 combine l’utilisation d’une plate-forme plus prometteuse que le SOI, avec des structures photoniques plus avancées que les simples guides réfractifs utilisés au chapitre 3 : il décrit l’ingénierie de modes (lents) dans des guides à cristaux photoniques en silicium amorphe hydrogéné et enterrés dans la silice. [...]Integrated photonics offers a vast choice of nonlinear optical phenomena that could potentially be used for realizing chip-based and cost-effective all-optical signal processing devices that can handle, in principle, optical data signals at very high bit rates. The new components and technological solutions arising from this approach could have a considerable impact for telecom and datacom applications. Nonlinear optical effects (such as the optical Kerr effect or the Raman effect) can be potentially used for realizing active devices (e.g. optical amplifiers, modulators, lasers, signal regenerators and wavelength converters). During the last decade, the silicon on insulator (SOI) platform has known a significant development by exploiting the strong optical confinement, offered by this material platform, which is key for the miniaturization and realization of integrated optical devices (such as passive filters, splitters, junctions and multiplexers). However, the presence of strong nonlinear losses in the standard telecom band (around 1.55 µm) prevents some applications where a strong nonlinear optical response is needed and has motivated the research of more suitable material platforms. The primary goal of this thesis was the study of material alternatives to crystalline silicon (for instance hydrogenated amorphous silicon) with very low nonlinear losses and compatible with the CMOS process in order to realize integrated photonics devices based on nonlinear optical phenomena. Alternatively, the use of longer wavelengths (in the mid-IR) relaxes the constraints on the choice of the material platform, through taking advantage of lower nonlinear losses, for instance on the SiGe platform, which is also explored in this thesis. This work is organized as follows. In the first chapter we provide an overview of the nonlinear optical effects used to realize all optical signal processing functions, focusing on the key parameters that are essential (optical confinement and dispersion engineering) for integrated optical components, and presenting the main models used in this thesis. This chapter also includes a review of the main demonstrations reported on crystalline silicon, to give some benchmarks. Chapter 2 introduces the use of photonic crystals as integrated optical structures that can significantly enhance nonlinear optical phenomena. First we present photonic crystal cavities, with a demonstration of second and third harmonic generation that makes use of an original design. In the second part of the chapter, we describe the main features and challenges associated with photonic crystal waveguides in the slow light regime, which will be used later in chapter 4. In chapter 3, we report the experimental results related to the characterization of the optical nonlinear response of integrated waveguides made of two materials that are alternative to crystalline silicon : the hydrogenated amorphous silicon, probed in the near infrared, and the silicon germanium, probed in the mid-infrared. The model presented in chapter 1 is extensively used here for extracting the nonlinear parameters of these materials and it is also extended to account for higher order nonlinearities in the case of silicon germanium tested at longer wavelengths. This chapter also includes a comparison of the nonlinear properties of these two material platforms with respect to the standard SOI. In chapter 4, we combine the use of a material platform that is better suited than SOI for nonlinear applications with integrated photonics structures that are more advanced that those used in chapter 3. Here we describe the design of (slow) modes in photonic crystal waveguides made in hydrogenated amorphous silicon fully embedded in silica. [...]
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Bonnefois, Jean-Jacques. "MODELISATION D'EFFETS NON LINEAIRES DANS LES CRISTAUX PHOTONIQUES, APPLICATION A LA LIMITATION OPTIQUE." Phd thesis, Université de Nanterre - Paris X, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00260364.
Full textAbstract:
Ce mémoire concerne l'utilisation de matériaux non-linéaires optiques dans les cristaux photoniques (CPs) destinés à la limitation optique. En effet, le couplage entre des effets de type cubique (effet Kerr) ou de changement de phase et les phénomènes complexes de diffraction dans les CPs peut mener à des basculements ultra-rapides et auto-déclenchés d'un état transparent vers un état opaque.Dans ce but, de nouvelles méthodes de simulation numérique ab-initio, évolutions de la Fast Fourier Factorization (FFF), et de la Matrix Scattering Method (MSM), sont développées et utilisées. Elles permettent de traiter rigoureusement le cas d'inclusions nonlinéaires inhomogènes ainsi que de traiter l'échauffement d'un CP lors d'une illumination par impulsion laser nanoseconde.
Dans la dernière partie du mémoire, la précision de l'approximation homogène est étudiée et partiellement remise en cause. Finalement, une solution de limiteur optique à cristal photonique est donnée.
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Collin, Stéphane. "Résonances photoniques dans les réseaux métalliques : théorie et application à la photodétection ultrarapide." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00142103.
Full textAbstract:
Les nanostructures métalliques présentent, grâce aux résonances de surface qu'elles supportent, la possibilité de confiner et de contrôler la lumière sur des dimensions très inférieures à la longueur d'onde. Durant cette thèse, nous avons étudié le cas des réseaux de fentes métalliques.Nous avons mis en oeuvre un calcul original des courbes de dispersion complexes des réseaux métalliques, basé sur une méthode modale et un formalisme de matrice S. Le calcul des structures de bandes photoniques complexes et de la répartition spatiale du champ électromagnétique a permis de décrire précisément les résonances de surface horizontales et verticales, leurs conditions d'excitation ainsi que leurs durées de vie radiatives et non radiatives. Leurs propriétés de confinement et de transmission de la lumière dans des fentes très fines devant la longueur d'onde offrent de nouvelles possibilités en optoélectronique.
Nous proposons en particulier deux structures de type métal-semiconducteur-métal pour la photodétection ultrarapide, dans lesquelles le confinement de l'absorption permet de repousser le compromis habituel entre rendement et vitesse. La première structure est un réseau métal/semiconducteur dans lequel la lumière est absorbée entre les électrodes. La seconde structure permet une absorption efficace dans une fine couche sous le réseau métallique. Ces deux photodétecteurs, dont la distance inter-électrode est d'environ 100 nm, ont été fabriqués sur substrat de GaAs. Le bon accord des mesures de réflectivité et de photocourant avec la théorie a permis de valider cette approche, qui pourra notamment être appliquée aux longueurs d'onde des télécommunications.
Les dimensions mises en jeu rendent possibles des fréquences de coupure de plusieurs centaines de GHz, avec un rendement théorique de 75 % indépendamment de la polarisation de la lumière. Ces résultats ouvrent la voie à une nouvelle génération de photodétecteurs ultrarapides.
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Bonnefois, Jean-Jacques. "Modélisation d'effets non linéaires dans les cristaux photoniques, application à la limitation optique." Paris 10, 2006. http://www.theses.fr/2006PA100131.
Full textAbstract:
Ce mémoire concerne l'utilisation de matériaux non-linéaires optiques dans les cristaux photoniques (CPs) destinés à la limitation optique. En effet, le couplage entre des effets de type cubique (effet Kerr) ou de changement de phase et les phénomènes complexes de diffraction dans les CPs peut mener à des basculements ultra-rapides et auto-déclenchés d'un état transparent vers un état opaque. Dans ce but, de nouvelles méthodes de simulation numérique ab-initio, évolutions de la Fast Fourier Factorization (FFF), et de la Matrix Scattering Method (MSM), sont développées et utilisées. Elles permettent de traiter rigoureusement le cas d'inclusions nonlinéaires inhomogènes ainsi que de traiter l'échauffement d'un CP lors d'une illumination par impulsion laser nanoseconde. Dans la dernière partie du mémoire, la précision de l'approximation homogène est étudiée et partiellement remise en cause. Finalement, une solution de limiteur optique à cristal photonique est donnéeWe present here a discussion about the use of optical nonlinear material in photonic crystals (PCs) for optical limiting purpose. The link between cubic (Kerr) nonlinearities or phase transition and the complex diffraction phenomenon occurring inside a PC can allow ultra-frit and self-triggered switching from a transparent state towards an opaque one. To study this, we developed new ab-initio numeric methods evolved from the Fast Fourier Factorization (FFF) and the Matrix Scattering Method (MSM). Those methods allow the rigorous simulation of nonlinear inhomogeneous inclusion and the thermal behaviour of a CP while illuminated by a nanosecond laser pulse. In the last part of this document, the precision of the "homogeneous approximation" will be discussed and partially questioned. Finally, a CP based optical limiter solution is proposed
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Collin, Stéphane. "Résonnances photoniques dans les réseaux métalliques : théorie et application à la photodétection ultrarapide." Paris 6, 2002. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00142103.
Full text
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Blin, Candice. "Développement de cristaux photoniques en diamant : modélisation, technologie et application à la biodétection." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066020/document.
Full textAbstract:
La possibilité de fabriquer des dispositifs optiques pour la détection d’interactions chimiques,sans marquage et en temps réel, présente un intérêt croissant. Notamment, les cristaux photoniques(CPh) présentent un fort potentiel pour une telle application. Contrairement au silicium, majoritairementexploité pour la réalisation de telles structures, le diamant possède l’avantage d’avoir unesurface carbonée biocompatible permettant une fonctionnalisation covalente et stable de biomoléculesspécifiques. Dans ce contexte, cette thèse vise à étudier la potentialité qu’offre ce matériau pour la réalisationde CPh 2D destinés à des applications de biodétection. Pour cela, une plateforme photoniquemonolithique compacte, intégrable sur silicium et optimisée pour un fonctionnement aux longueursd’onde proches de 1.55 μm a été développée. Une géométrie de cavité à fente a été retenue afin demaximiser la sensibilité des structures photoniques à leur environnement extérieur. Des méthodesnumériques ont permis de préciser les paramètres géométriques des CPh. Des procédés de microstructurationde films minces de diamant polycristallin sur substrat silicium 2 pouces ont été développéset optimisés, pour aboutir à la réalisation de CPh caractérisés par des facteurs de qualité pouvantatteindre 6500. Deux procédés technologiques spécifiques aux films de diamant polycristallin ont notammentété développés : un procédé de lissage et un procédé de transfert de films de diamant surisolant. La sensibilité optique des CPh en diamant à une modification chimique de surface a ensuiteété étudiée et a tout d’abord montré une forte dépendance de leurs performances optiques à de simplesvariations des terminaisons chimiques du matériau. Par la suite, une preuve de concept de détectionsurfacique de protéines en milieu liquide par les CPh en diamant a été réalisée en utilisant le systèmede bioreconnaissance biotine/streptavidine, donnant une limite de détection estimée pour le systèmeà 10 μg/mL. Enfin, des travaux préliminaires de détection dans le visible ont été engagés via la réalisationde cavités à CPh fonctionnant à 600 nm, présentant déjà des facteurs de qualité dépassant les1500The ability to fabricate optical devices enabling the real time detection of chemical interactions,avoiding the use of markers, has motivated a growing interest. In particular, photonic crystals (PhC)based structures are promising candidates for such applications. Unlike silicon, that has currentlybeen used for most of these demonstrations, diamond offers a high stability and a versatile carbonsurface that can be functionalized to covalently bond specific organic or bio-molecules on its surface.In this context, this thesis aims at studying the interests of diamond for the realization of novel 2DPhC dedicated to biodetection applications. A fully monolithic compact photonic platform, integratedon silicon and optimized to work at wavelength of 1.55 μm was developed. A geometry consistingin a slotted cavity was chosen in order to maximize the sensitivity of such photonic structures totheir environment. Numerical methods allowed to determine the geometrical parameters of the PhC.Diamond microstructuration processes of polycrystalline diamond films deposited on two-inch siliconwafers were developed and optimized for the realization of PhC cavities with quality factors up to6500. Two technological processes specifically dedicated to polycrystalline diamond were developed : asmoothing process and a diamond layer on insulator integration by wafer bonding technology process.The optical sensitivity of diamond PhCs to simple surface modifications was studied and showed that,depending on the chemical surface termination, these diamond PhCs exhibit a strong modification oftheir spectral features. A proof of concept for surface detection in a water environment was realizedusing the biotin/streptavidin biorecognition system. The detection limit of the system was estimatedto be 10 μg/mL. Finally, first steps to detection in the visible range were made with the realization ofPhC working at 600 nm and exhibiting Q factors exceeding 1500
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Baudoin, Romain. "Analyse du bruit lors de la génération de somme de fréquences dans les cristaux de niobate de lithium périodiquement polarisés (PPLN) et applications en régime de comptage de photons." Thesis, Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO0068/document.
Full textAbstract:
Le processus de somme de fréquences optiques est utilisé dans certaines applications pour convertir des signaux de longueurs d’onde infrarouges vers le domaine de longueurs d’onde visibles. Cela permet de bénéficier de technologies plus performantes notamment en terme de détection et de propagation. Les travaux menés dans cette thèse s’intéressent à l’étude de phénomènes optiques parasites générés par ce processus non linéaire dans des cristaux de niobate de lithium périodiquement polarisés (PPLN) pour des applications de conversion de fréquences en régime de comptage de photons. La première partie de ce manuscrit montre l’intérêt du processus de somme de fréquences optiques dans le contexte technologique de la détection infrarouge en régime de comptage de photons, via le concept de détection hybride. Les éléments théoriques et l’état de l’art associés à la détection hybride seront également présentés dans cette première partie. La deuxième partie traite d’une étude comparative entre différents cristaux de PPLN pour la détection hybride à 1550 nm. Pour cela, une analyse expérimentale détaillée des processus parasites est effectuée. Les résultats de cette étude sont utilisés pour des applications en astronomie et en microscopie. Enfin, la troisième partie traite d’une application de la somme de fréquences en interférométrie stellaire. Les résultats de caractérisation des cristaux de PPLN sont mis à contribution dans l’optimisation d’un instrument pour l’astronomie appelé interféromètre à somme de fréquences. Les résultats d’observation sur le site astronomique du Mont Wilson ainsi que les perspectives de cette instrument y sont présentésThe sum frequency generation process is used in differents applications to convert signals from infrared wavelengths to the field of visible wavelength. This allows to benefit of more efficient technologies in terms of detection and propagation. This thesis describes the study of noise phenomena generated by this process in crystals of periodically poled lithium niobate (PPLN) for frequency up-conversion applications in photon counting regime. The first part of the manuscript shows the advantage of sum frequency generation process in the technological environment of the infrared detection on single photon counting regime, using the concept of hybrid detection. The theoretical elements and the state of the art associated with hybrid detection will also be presented in this first part. The second part deals with a comparative study between different PPLN for hybrid detection at 1550 nm. A detailed experimental analysis of the noise process is performed. The results of this study are used for applications in astronomy and microscopy. The third part deals with an application of the sum frequency in stellar interferometry. The results of PPLN’s characterization are involved in optimizing an instrument for astronomy called sum frequency interferometer. The results of observation on the astronomical site of Mount Wilson and the prospects of this instrument are presented
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Mytskaniuk, Vasyl Iuriyovych. "Endoscopie non-linéaire : instrumentation et applications." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0553/document.
Full textAbstract:
Nous présentons le développement d’un endoscope non-linéaire à balayage distal utilisant une fibre creuse à la courbure négative et présentant une double gaine. L’endoscope flexible développé présente un diamètre de 2.2 mm, permet d’imager un champ de vue de 300 x 300 um, à la cadence de 8 images par seconde. Il permet d’acquérir des images CARS, 2 photons et SHG sur des tissus biologiques. Nous démontrons son potentiel sur divers échantillons de tissus murins et humains. Nous avons également réussi à faire de l'imagerie sans marquage (CARS) sur la moelle épinière d'une souris vivante. Ainsi que l'activité neuronale du cerveau d'une souris vivante dont des neurones marquées avec de la GFP. Nous sommes convaincus que cet appareil présentera des solutions pertinentes et innovatives pour la diagnostique médicaleWe present the development of a fiber-based, scanning-tip endoscope for nonlinear imaging. The flexible endoscope developed in the framework of this thesis, has an outer diameter of 2.2 mm. The innovation of the technology lies in its high scanning speed (8 frames/second) and large field-of-view (FOV>300 microns). The miniaturized endoscope enables high resolution coherent anti-Stokes Raman (CARS), 2photon fluorescence and second harmonic generation (SHG) imaging contrasts. We show the potential of the endoscope to image different biological samples and specimens with and without endogenous labeling. We have obtained CARS images of fresh, label-free human colon ex-vivo and SHG images of collagen from rat tail tendon. Finally, we managed to perform in-vivo imaging of calcium flow indicators from hippocampal neurons labeled with Green Fluorescent Protein (GFP). We are convinced that this imaging device will have a strong impact on biomedical imaging
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Lérondel, Gilles. "Propagation de la lumière dans le silicium poreux : application à la photonique." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10253.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la caractérisation optique du silicium poreux et son application à la réalication de structures à modulation d'indice (superréseaux). Une première étude de la diffusion optique a montré l'homogénéité de ce matériau à l'échelle de la lumière, justifiant une description par un indice de réfraction moyen. Si la formation électrochimique du silicium poreux permet l'obtention de couches minces d'épaisseurs parfaitement définies, en revanche des fluctuations du front de dissolution entrainent une diffusion à l'interface silicium poreux/silicium cristallin. Cet effet a nécéssité de développer une analyse des mesures optiques dans le cas d'interfaces rugueuses. La détermination des constantes optiques a été réalisée par une mesure à basse température de la transmission par photoconduction dans le silicium cristallin et par ajustement des spectres de réflectivité des couches minces. D'une manière générale, alors que la dispersion de l'indice est assez faible, l'absorption du siliicum poreux se caractérise par une dépendance exponentielle sur une grande plage en énergie. Cette étude a permis la réliasation de structures à modulation d'indice telles que des réflecteurs de Bragg, des filtres Fabry-Perot ou des microcavités luminescentes. La mise en évidence de différences entre la formation des couches simples et enterrées a compliqué la caractérisation de ces structures. La très bonne qualité optique et le fort rendement quantique intrinsèque au silicium poreux de type P ont permis d'obtenir des microcavités luminescentes très efficaces. Enfin, en combinant l'holographie et la photochimie, un nouveau type de gravure en profondeur a été développé permettant d'obtenir des structures à modulation d'indice latérale de périodicité submicronique. La photodissolution localisée du matériau a été mise en évidence après et pendant la formation de la couche poreuse et ce pour tout type de silicium poreux y compris le macroporeux
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Diacon, Aurel. "Polymères fonctionnalisés avec des chromophores pour des applications en photovoltaïque, photonique et médecine." Phd thesis, Université d'Angers, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00976715.
Full textAbstract:
La thèse intitulée ≪ Polymères fonctionnalisés avec des chromophores pour des applications en photovoltaïque, photonique et médecine ≫ est structurée en trois chapitres portant sur: a) l'obtention de chromophores et de nouveaux matériaux pour les cellules solaires à base de colorant; b) l'obtention de dérivés de fullerène C60 présentant une absorption élevée; c) l'obtention d'une plateforme permettant la fixation d'une antenne collectrice de lumière PDI-C60 intégrant un groupe fonctionnel libre réactif; d) l'obtention des cristaux photoniques polymères et leur utilisation dans la modification des émissions du colorant et la construction d'hétérostructures complexes intégrant ces colorants. Dans le premier chapitre sont présentés des nouveaux matériaux pour cellules solaires à base de colorant en vue de construire des cellules solaires à l'état solide en utilisant des polymères pour remplacer l'électrolyte liquide. Des stratégies pour améliorer l'efficacité des cellules en utilisant un colorant qui présente une meilleure capacité d'ancrage à la couche de TiO2, et l'utilisation des quantum dots particules pour l'augmentation du taux d'injection d'électrons ont été testées. Dans le deuxième chapitre est présentée l'obtention des nouvelles antennes collectrices de lumière à base de fullerène. Des adduits fullerènes phtalocyanine ont été obtenus et le transfert d'électrons a été prouvé par spectroscopie de fluorescence. Une dyade PDI-C60 a été attachée avec succès sur une chaîne de polymère pour augmenter la processabilité afin d'envisager des applications dans les cellules solaires organiques. Dans le troisième chapitre ont été analysées les propriétés optiques des cristaux photoniques et d'hétérostructures complexes modifiées aves des colorants.