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Dissertations / Theses on the topic 'Guides à cristaux photoniques'
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Tran, Nguyen-Vy-Quynh. "Nouvelles architectures à base de cristaux photoniques actifs." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066415.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude des structures à cristaux photoniques membranaires en matériaux III-V. Un outil numérique FDTD est employé pour simuler des structures (e. G. Cavités et guides d'ondes à cristaux photoniques) et optimiser leur paramètres de dessin. Ces dernières vont ensuite être fabriquées et caractérisées. Nous avons démontré des cavités de très grand facteur de qualité (Q~106) et des effets non-linéaires à très faibles seuils dans des structures en GaAs et GaInP. Ce travail propose aussi de nouveaux dessins permettant de manipuler l'émission verticale des cavités et d'améliorer le couplage entre des guides et des fibres. Des cavités actives, intégrées aux boîtes quantiques, sont aussi étudiées
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Mazoyer, Simon. "Lumière lente dans les guides à cristaux photoniques réels." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00650743.
Full textAbstract:
Les guides à cristaux photoniques sont des guides optiques structurés à des échelles inférieures à la longueur d'onde. La vitesse de groupe de l'onde guidée y est ralentie. L'intensité du champ électromagnétique est ainsi exaltée et permet d'envisager de nombreuses applications pour le traitement optique de l'information. Cependant cette exaltation rend aussi les guides particulièrement sensibles aux imperfections de fabrication. Nous réalisons ici une étude théorique, numérique et expérimentale du transport de la lumière lente dans ces guides en présence de désordre. Le travail théorique propose une extension des méthodes perturbatives (de type Born) au cas des modes de Bloch électromagnétiques et un outil numérique original pour prendre en compte la diffusion multiple, qui devient déterminante lorsque la vitesse diminue. Les prédictions de ces deux types d'analyse ont été confrontées à des résultats expérimentaux. Pour la première fois dans les guides à cristaux photoniques, nous avons mesuré les statistiques d'ensemble du transport, en recoupant des mesures réalisées sur 18 échantillons identiques au désordre de fabrication près. Nous mettons en évidence les véritables limites de fonctionnement de ces guides. Ils ne sont limités ni par la dispersion, ni par leur atténuation moyenne. Les phénomènes de diffusion multiple modifient par contre considérablement la loi de probabilité de transmission. Pour pouvoir utiliser les guides à cristaux photoniques, il faut donc rester dans des régimes de fonctionnement où la diffusion multiple est négligeable, c'est-à-dire soit pour des vitesses de groupe relativement grandes (vg > c/20), soit pour des longueurs de guide faibles.
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Neel, Delphine Benyattou Taha. "Etude en champ proche optique de guides à cristaux photoniques sur SOI." Villeurbanne : Doc'INSA, 2007. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=neel.
Full text
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Neel, Delphine. "Etude en champ proche optique de guides à cristaux photoniques sur SOI." Lyon, INSA, 2006. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2006ISAL0090/these.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l'étude par microscopie en champ proche optique (SNOM) de composants à cristaux photoniques bidimensionnels sur SOI, dans le domaine du proche infrarouge (longueurs d'onde télécom 1,2-1,6 micromètre). Le SNOM fournit une cartographie locale du champ électromagnétique dans les composants, avec une résolution de l'ordre de 150 nm. Les cartes de champs ainsi obtenues permettent une compréhension approfondie des phénomènes physiques qui ont lieu au sein de ces structures complexes. Trois fonctionnalités optiques différentes ont été abordées. Tout d'abord, le guidage de lumière a été mis en évidence dans un défaut linéaire de type W1. La présence d'ondes de Bloch et d'ondes stationnaires a été observée dans ce guide. Ensuite, concernant le couplage, nous avons étudié différents types de transitions (tapers) permettant d'améliorer le couplage entre guides diélectriques et guides à cristaux photoniques, ainsi qu'entre guides à cristaux photoniques et guides à cavités couplées. Nous montrons que l'utilisation de tapers correctement optimisés améliore le coefficient de transmission des structures, en réduisant les pertes hors du plan. Nous avons également calculé les pertes par propagation dans les cavités couplées. Enfin, un démultiplexeur en longueur d'onde a été conçu et caractérisé. Ce démultiplexeur utilise le principe du coupleur directionnel. Un effet de démultiplexage a été observé entre 1. 3 et 1. 5 micromètreBidimensional photonic crystals, composed of a periodic lattice of air holes in a dielectric slab, appear as attractive candidates for the miniaturization of integrated optical circuits at a sub-wavelength scale. This thesis work concerns the near-field optical study of bidimensional photonic crystals devices on SOI, in the near-infrared range (telecom wavelengths 1,2-1,6 micrometer). For the characterization of the components, a scanning near-field optical microscope (SNOM) was used so as to obtain a local cartography of the electromagnetic field in the structures, with a resolution of about 150 nm. Those field maps allow a better comprehension of the physical phenomena occurring in the structures. Three different optical functionalities were studied: guiding, coupling and demultiplexing. First, light guiding was evidenced in a W1-type linear defect. Bloch waves and standing waves were observed in the guide. Then, the coupling between photonic crystals waveguides and dielectric waveguides, as well as the coupling between photonic crystals waveguides and coupled cavities waveguides, were studied. We show that the utilisation of well-designed tapers increase the transmission coefficient of the structures, through a reduction of the out-of-plane losses. The SNOM allows an accurate measurement of the propagation losses in the coupled cavities. Finally, the conception and the characterization of a 1,3-1,5 micrometer demultiplexer was realized. This demultiplexer uses the principle of a directional coupler
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Viasnoff-Schwoob, Emilie. "Propagation et Emission dans des guides multimodes à cristaux photoniques bidimensionnels." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007122.
Full textAbstract:
Cette thèse, à dominante expérimentale, explore la physique d'une cavité Fabry Pérot dont les miroirs sont des réseaux, en l'occurrence un guide multimode à cristal photonique bidimensionnel, autour de thèmes appliqués, aux télécommunications optiques autour de 1,55µm, et fondamentaux. Les parois d'un tel guide sont constituées d'un réseau périodique de trous d'air gravés au travers d'une hétérostructure semi-conductrice à base d'InP et sont, dans la bande interdite photonique, parfaitement réfléchissantes pour toute onde incidente dans le plan de périodicité. La périodicité le long du guide couple par diffraction de Bragg, des modes guidés de vitesse de groupe "ordinaire" et des modes guidés très lents, analogues à des modes résonnants. L'originalité essentielle de ce couplage est qu'il n'intervient que pour des fenêtres de fréquences et de vecteur d'onde étroites, restant pratiquement silencieux ailleurs. Ce couplage est tout d'abord exploité pour la conception d'un coupleur/découpleur de longueurs d'onde, à extraction latérale et sélective de tout ou partie du signal optique guidé. La suite de la thèse, plus fondamentale, explore les potentialités des régions spectrales autour de ces fenêtres de couplage pour l'émission et le contrôle de photons dans ces structures confinantes et diffractives. Nous présentons un effet expérimental spectaculaire d'exaltation de l'émission spontanée, associé à une augmentation locale de la densité d'états photoniques. Le dernier volet aborde la mesure du spectre ed gain modal: l'effet du ralentissement du mode guidé aux abords de la fenêtre de couplage sur l'amplification ressentie par un signal se propageant sur ce mode y est discutée.
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Schwoob-Viasnoff, Emilie. "Propagation et émission dans des guides multimodes à cristaux photoniques bidimensionnels." Paris 11, 2004. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00007122.
Full textAbstract:
Cette thèse, à dominante expérimentale, explore la physique d'une cavité Fabry Pérot dont les miroirs sont des réseaux, en l'occurrence un guide multimode à cristal photonique tridimensionnel, autour de thèmes appliqués, aux télécommunications optiques autour de 1,55[mu]m, et fondamentaux. Les parois d'un tel guide sont constituées d'un réseau périodique de trous d'air gravés au travers d'une hétérostructure semi-conductrice à base d'inP et sont, dans la bande interdite photonique, parfaitement réfléchissantes pour toute onde incidente dans le plan de périodicité. La périodicité le long du guide couple par diffraction de Bragg, des modes guidés de vitesse de groupe "ordinaire" et des modes guidés très lents, analogues à des modes résonnants. L'originalité essentielle de ce couplage est qu'il n'intervient que pour des fenêtres de fréquences et de vecteur d'onde étroites, restant pratiquement silencieux ailleurs. Ce couplage est tout d'abord exploité pour la conception d'un coupleur/découpleur de longueurs d'onde, à extraction latérale et sélective de tout ou partie du signal optique guidé. La suite de la thèse, plus fondamentale, explore les potentialités des régions spectrales autour de ces fenêtres de couplage pour l'émission et le contrôle de photons dans ces structures confinantes et diffractives. Nous présentons un effet expérimental spectaculaire d'exaltation de l'émission spontanée, associé à une augmentation locale de la densité d'états photoniques. Le dernier volet aborde la mesure du spectre de gain modal: l'effet du ralentissement du mode guidé aux abords de la fenêtre de couplage sur l'amplification ressentie par un signal se propageant sur ce mode y est discutéeThe physics of a Fabry Perot cavity with grating mirrors, substantiated here by a multimode 2D photonic crystal waveguide, is investigated from a mainly experimental point of view. Applications in the field of optical telecommunications around 1. 55 [mu]m, as well as more fundamental issues are addressed. The guide walls consist of a periodic grating of air holes etched through a InP-based heterostructure. They are completely reflecting within the photonic band gap for any wave impinging within the periodicity plane. The periodicity along the guide couples through Bragg diffraction guided modes, with "ordinary" group velocity, with very slow modes, analogous to resonant modes. The new feature about this coupling is that it occurs only within small frequency and wavevector windows, remaining silent elsewhere. This coupling is firstly used to design a wavelength multiplexer/demultiplexer, extracting, laterally with respect to the guide direction and selectively, all or part of the guided optical signal. The following and more fundamental parts of this manuscript investigate the potential impact of the spectral regions nearby these coupling windows in order to control the spontaneous emission of photons within these confining and diffractive structures. We present a sinking experimental spontaneous emission enhancement, related to a peaked photon density of states. The last part deals with a measurement of the modal gain spectrum: the consequence of the slowing of a guided mode around the coupling window onto the optical amplification of a propagating signal is discussed
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Smaali, Rafik. "Contribution à l'étude de la propagation des faisceaux dans les cristaux photoniques." Clermont-Ferrand 2, 2003. http://www.theses.fr/2003CLF22416.
Full textAbstract:
Ce mémoire est consacré à l'étude de la propagation de faisceaux d'ondes électromagnétiques dans les matériaux diélectriques composites à bandes interdites appelés cristaux photoniques. Dans un premier temps, on présente la théorie des ondes de Bloch qui est utilisée pour le calcul de bandes d'un cristal photonique bidimensionnel infini. Dans un deuxième temps, on étudie le comportement du champ électromagnétique qui se propage à l'intérieur d'un cristal photonique, et qui se décompose en modes propagatifs et non propagatifs. On montre par la suite l'influence de ces derniers lors de la propagation d'un faisceau gaussien dans un cristal. On propose une méthode de renormalisation des ondes de Bloch par des modes évanesents, elle permet d'obtenir la valeur du décalage du faisceaux transmis. Enfin, on traite certaines propriétés de cristaux photoniques bidimensionnels dopés à partir des pôles de la matrice de diffraction, un nouvel algorithme est proposé pour la recherche de ces derniers
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Kaïna, Nadège. "Métamatériaux localement résonants : cristaux photoniques et phononiques sub-longueur d'onde." Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC113.
Full textAbstract:
Cette thèse traite du contrôle de la propagation des ondes, électromagnétiques et acoustiques, à l'échelle sub-longueur d'onde dans les métamatériaux localement résonants. Ces derniers sont des matériaux composites composés d'ensembles de résonateurs agencés sur des périodes très petites comparées aux longueurs d'ondes caractéristiques de résonance. Ils sont en général considérés comme des milieux homogènes aux propriétés effectives. Nous prouvons que, au-delà de ces approches communes d'homogénéisation, les propriétés de la plupart des métamatériaux peuvent être réinterprétées à lumière d'une approche microscopique. Celle-ci permet de mettre en évidence que la propagation des ondes dans ces métamatériaux résulte de phénomènes physiques analogues à ceux mis en jeu dans les cristaux photoniques/phononiques : des interférences et de la diffusion multiple. Nous prouvons alors que les concepts de manipulation des ondes développés dans les cristaux photoniques, sont transposables aux métamatériaux, bénéficiant alors des avantages de la structuration sub-longueur d'onde. Nous montrons que des modifications locales du milieu induisent la formation de cavité et guides d'ondes confinant et guidant le champ sur des dimensions arbitrairement plus petites que la longueur d'onde. Nous étudions la capacité de ces guides à manipuler le flux d'onde spatialement et temporellement. Nous soulignons enfin l'importance de la structure microscopique des métamatériaux, jusque-là toujours négligée. Nous prouvons qu'un métamatériau dit simplement négatif (avec une seule propriété effective négative) peut présenter un indice de réfraction négatif simplement en le structurant ingénieusementThis thesis deals with the control of the wave propagation at deep sub-wavelength scales in locally resonant metamaterials. Those composite media are composed of small resonators arranged on spatial scales much smaller than their typical wavelength at resonance. They are hence generally considered as homogeneous media and described with effective parameters. We here prove that, going beyond those homogenization approaches, the properties of most metamaterials can be reinterpreted at the light of a microscopic approach. The latter evidences that the wave propagation in metamaterials only results from phenomenon analog to what happens in photonic/phononic crystals: namely interferences and multiple scattering. We hence demonstrate that concepts developed for wave manipulation in photonic/phononic crystals can be transposed in metamaterials while taking advantage of the latter sub-wavelength spatial organization. For instance, locally modifying the medium, at the scale of the unit celé, creates cavities and waveguides confining and guiding waves on dimensions that are independent of the wavelength. We further study the possibility offered by those waveguides to both mold and slow down the flow of waves. We finally highlight the importance of the spatial subwavelength structuration of metamaterials due to the presence of multiple scattering. We prove that a so-called single negative metamaterial (presenting only one negative effective property) can be turned into a double negative one (hence presenting a negative index of refraction), simply by smartly organizing the building blocks of the metamaterial, at scales much smaller than the wavelength
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Zang, Xiaorun. "Lumière lente dans les guides à cristaux photoniques pour l'interaction renforcée avec la matière." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0172/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous avons étudié l'impact considérable de désordre aléatoire sur le transport de la lumière lente dans les guides à cristaux photoniques 1D, c'est-à-dire la localisation de la lumière. Les mesures en champ proche, les simulations statistiques et le modèle théorique révèlent l'existence d'une limite inférieure de l’extension spatiale des modes localisés. Nous avons également présenté que le niveau de désordre et l’extension spatiale de mode localisé individuelle sont liés par la masse effective de photons plutôt que la vitesse de groupe considérant en général.Deuxièmement, les systèmes hybrides d'atomes froids et des guides à cristaux photoniques ont été reconnus comme un approche prometteuse pour l'ingénierie grande interaction lumière-matière au niveau des atomes et des photons individuels. Dans cette thèse, nous avons étudié la physique, à savoir le transport de la lumière dans des guides de nanophotonique périodiques couplées à des atomes à deux niveaux. Notre expression semi-analytique développée est générale et peut rapidement caractériser le couplage entre les atomes froids et les photons guidées. Pour surmonter les difficultés techniques considérables existent dans les systèmes hybrides atomique et photonique, nous avons conçu un guide nanophotonique qui supporte un mode de Bloch lente guidée avec grande queue évanescente dans l'espace libre pour les atomes froids de piégeage. Pour adapter précisément la région de fréquence de la lumière lente du mode guidé à la ligne de transition atomique, nous avons conçu la bande photonique et de la courbe de dispersion du mode guidé afin que la force de l'interaction est robuste contre imprévisible fabrication imperfectionIn this thesis, we firstly investigated the striking influence of random disorder on light transport near band edges in one dimensional photonic crystal wave guides, i.e. light localization. Near-field measurements, statistical simulations and theoretical model revealed the existence of a lower bound for the spatial extent of localized modes. We also showed that the disorder level and the spatial extent of individual localized mode is linked by the photon effective mass rather than the generally considered group velocity. Secondly, hybrid cold atoms and photonic crystal wave guides system have been recognized as a promising paradigm for engineering large light-matter interaction at single atoms and photons level. In this thesis, we studied the basic physics, i.e. light transport in periodic nanophotonic wave guides coupled to two-level atoms. Our developed general semi-analytical expression can quickly characterize the coupling between cold atoms and guided photons. Aim to overcome the significant technical challenges existed for developing hybrid atom-photonic systems, we designed a nanophotonic waveguide, which supports a slow guided Bloch mode with large evanescent tail in free space for cold atoms trapping (release the limitation imposed by Casmir Polder force and technical challenge of nanoscale manipulation of cold atoms). To match precisely the slow light region of the guided mode to the atomic transition line, we carefully engineered the photonic band and the dispersion curve (i.e.flatness) of the guided mode so that the interaction strength is robust against unpredictable fabrication imperfection
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Dubois, Florian. "Etude des propriétés spectro-spatiales des cristaux photoniques membranaires à symétrie brisée." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEC046/document.
Full textAbstract:
Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse s'inscrivent dans la suite des travaux réalisés par l'INL (Institut des Nanotechnologies de Lyon) sur les résonateurs optiques à base de cristaux photoniques membranaires pour la réalisation de composants actifs ou passifs intégrés sur silicium. Ces travaux se concentrent particulièrement sur le contrôle des propriétés de propagation des modes et des résonances guidés s'établissant dans les cristaux photoniques membranaires. Ils s'appuient notamment sur la nature partiellement ou totalement guidée de ces modes, ainsi que des propriétés de symétrie des structures (ou au contraire de dissymétrie) afin de pouvoir générer des dispersions photoniques à la demande. En effet, le contrôle des propriétés spectro-spatiales est primordiale à la réalisation de composants photoniques efficients. Par exemple l'établissement d'un régime d'émission laser dans un cristal photonique membranaire passe par un contrôle minutieux des propriétés temporelles de la résonance (fort facteur de qualité) mais aussi spatiales (fort ralentissement de la lumière) afin de pouvoir générer des densités d'états photoniques suffisamment importantes. Ainsi, de nombreuses stratégies de contrôle ont été mises en place durant les années 2000, permettant l'établissement d'un régime laser dans des structures diverses. Néanmoins, si les méthodes de fabrication et la maîtrise dans la conception de ces structures se sont améliorées au fil de leur développement, ces dispositifs restent difficilement compétitifs face à d'autres technologies. Démontrer la versatilité de ces structures par l'ajout de fonctionnalités tels que le \emph{beam steering} ou d'autres capacités serait alors une véritable plus-value. Récemment, de nouvelles stratégies de contrôle de la lumière ont émergé. Ces stratégies se basent sur une approche totalement différente des procédés de contrôle habituels. Ainsi, on peut citer les nouveaux phénomènes de localisation de la lumière basés sur des procédés inédits de découplage de la lumière du continuum radiatif, ou des dispersions en cône de Dirac qui pourraient permettre la réalisation de composants originaux tels que des lasers mono-modes à grande surface active. Ces nouveaux phénomènes permettent d'envisager d'autres approches pour la réalisation de lasers à cristaux photoniques et pourraient apporter les nouvelles fonctionnalités recherchées. Parallèlement, l'utilisation de membranes photoniques multi-modes reste encore peu répandue dans la littérature. L'utilisation conjointe de modes d'ordres différents offre pourtant des possibilités supplémentaires dans le contrôle des propriétés de propagation de la lumière dans les cristaux photoniques membranaires. Ce contrôle supplémentaire peut se traduire par des capacités de ralentissement de la lumière accrues ou par la réalisation de dispersions plus exotiques. Le but de cette thèse est alors de mettre en place les briques conceptuelles nécessaires à la génération de ces dispersions particulières. Pour cela, un modèle théorique permettant d'appréhender les dynamiques de couplage opérant dans les cristaux photoniques membranaires étudiés est mis en place. Ce modèle est ensuite confronté aux résultats de simulation ainsi qu'aux caractérisations optiques des structures fabriquées. En parallèle, une étude prospective des applications possibles est menée pour chacune des dispersions généréesWork carried out in this thesis is part of the overall work done at INL on optical resonators based on photonic crystals for the design of passive as well as active components integrated on silicon chips. These works especially focus on spectral properties and propagation control of guided modes and resonances settled in photonic crystal slabs. They rely partly on the guided nature of these modes as well as their symmetry properties to generate on-demand photonic dispersions. Indeed, control of the spectro-spatial properties is overriding for the design of efficient photonic components. For instance, obtaining a laser effect with a photonic crystal requires a precise control of both spectral properties (high quality factor) and spatial ones (high light slow-down) so that large photonic densities of states are achieved. Thereby, numerous strategies of control have been developed during the 2000s, allowing a laser effect to occur with various structures. Nonetheless, despite both manufacture and design qualities have been improved, these components still remain hardly competitive compared to other technologies. Demonstrating the versatility of these structures by achieving novel functionalities like beam steering or other capacities would be a real betterment. Recently, new strategies to control light using photonic crystals have been discovered. These strategies are based on completely new phenomena. For instance, new possibilities to localize light based on novel light decoupling processes from the continuum have arisen and Dirac cone dispersions could allow the formation of monomode larger-area photonic crystal lasers. These new phenomena enabled to consider new approaches to design photonic crystal laser that could lead to the novel functionalities sought. In parallel, the use of multimode photonic membranes still remains uncommon in the literature. The use of several guided orders gives additional possibilities to the control of light propagation within photonic crystal membrane thought. This additional control can lead to improved slowing-down capabilities or exotic dispersion generation. The goal of this thesis is to set up the fundamental blocks on which these particular dispersions are based on. In this purpose, a theoretical model allowing apprehending the coupling dynamic occurring in photonic crystal membranes is established. Then, this model is compared to simulation results and experimental characterizations of the manufactured structures
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Mulin, David. "Etude en champ proche optique de la propagation du champ électromagnétique dans des structures périodiques planes sub-longueur d'onde : application au couplage entre guides d'ondes par cristaux photoniques." Besançon, 2000. http://www.theses.fr/2000BESA2040.
Full textAbstract:
Le développement des télécommunications optiques, en particulier celui des réseaux optiques locaux et internationaux, et des capteurs, pousse les opérateurs à la fabrication de composants optiques de plus en plus performants. L'intégration croissante de plusieurs fonctions optiques sur un même substrat s'est accompagnée de difficultés quand à la modélisation et la caractérisation de ses composants. La microscopie optique en champ proche offre la possibilité d'étudier des éléments d'optique guidée, notamment la propagation du champ le long du guide : la détection des ondes évanescentes à la surface du composant est effectuée par la sonde dont le balayage permet de cartographier la distribution de l'énergie électromagnétique. Par ailleurs une nouvelle génération de composants optiques est apparue ces dernières années : il s'agit de structures périodiques de dimension inférieure à la longueur d'onde, connues sous le terme générique de "cristaux photoniques". Ces dispositifs offrent de grandes potentialités (filtrage, multiplexage,. . . ).
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Duché, David. "Structures photoniques pour le solaire organique : modélisations et expérimentations." Aix-Marseille 3, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX30065.
Full textAbstract:
Les matériaux organiques présentent l'avantage de réduire les coûts de production des dispositifs photovoltaïques. Les efficacités de photo-conversion des cellules solaires organiques (CSOs) sont cependant encore faibles et doivent atteindre 10% pour rendre cette technologie commercialement viable. Dans ce contexte, les concepts photoniques semblent bien adaptés afin d'améliorer l'absorption photonique de ces dispositifs en couches minces et, dans le cadre de cette thématique, nous avons étudié l'utilisation de cristaux photoniques membranaires (CPs) afin de confiner la lumière dans les CSOs. L'objectif est de coupler des modes de Bloch, aussi appelés modes de Bloch lents (MBLs), qui possèdent des vitesses de groupe proches de zéro dans la couche active. A l'aide d'une méthode FDTD (Finite Différence Time Demain), une étude théorique qui concerne l'utilisation de CPs en semi-conducteurs organiques ainsi que leur incorporation dans l'empilement d'une CSO a été réalisée. Nous avons montré qu'une augmentation entre 4 et 11% de l'absorption peut être obtenue en fonction du "gap" du matériau utilisé. Un procédé de nanoimpression a ensuite été utilisé afin de structurer directement des couches minces en P3HT :PCBM sous la forme de CPs capables de coupler des MBLs. En accord avec le modèle, les caractérisations optiques ont montré des gains d'absorption significatifs. De plus, les résultats ont prouvé que les propriétés cristallines des matériaux ne sont pas altérées par le procédéOrganic materials offer the possibility to decrease the manufacturing costs of solar cells. Nevertheless, the photo-conversion efficiencies of organic solar cells (OSCs) are still low and have to reach 10% to make this technology commercially viable. In that context, photonic concepts seem to be adapted to improve the photonic absorption of such thin film devices. Accordingly, we investigated the use of photonic crystals slabs (PCS) to trap the light inside the OSCs. The aim is to couple Bloch modes with very low group velocities, also called Slow Bloch Modes (SBM), into the active layer. Using a Finite Difference Time Domain method, we theoretically studied PCS made of organic semiconductors and their incorporation in the stack of an OSC. We showed that an absorption gain between 4% and 11% can be obtained according to the band gap of the used material. Nanoimprint has been used to directly pattern P3HT :PCBM thin films in the shape of PCS able to couple SBMs. In agreement with the model, optical characterizations showed significant absorption gains. Furthermore, results proved that the crystalline properties of the blend are conserved during the process
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Caër, Charles. "Cristaux photoniques à fente : vers une photonique silicium hybride à exaltation localisée du champ électromagnétique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00954411.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse apportent une contribution théorique et expérimentale aux études portant sur les cristaux photoniques planaires à fente pour l'exaltation locale du champ électromagnétique. Nous avons étudié la propagation de lumière lente dans des cristaux photoniques à fente en réalisant une ingénierie de dispersion et le confinement de la lumière dans des micro-cavités à fente structurée. Nous avons pour cela effectué des calculs 3D pour optimiser les propriétés de dispersion des cristaux photoniques en structurant la fente elle-même. Cette optimisation a permis d'observer un renforcement de la localisation du champ électromagnétique dans la fente en vue d'un remplissage par des matériaux fortement non linéaires. Nous avons développé un procédé de fabrication pour les cristaux photoniques dans des structures en silicium sur isolant basé sur la lithographie électronique et la gravure plasma. Le régime de lumière lente a été caractérisé expérimentalement et nous a permis de valider la méthode d'optimisation choisie. Des facteurs de ralentissement supérieurs à 10 ont été mesurés dans des dispositifs allant jusqu'à 1 mm de long. Des micro-cavités à fente avec des facteurs de qualité supérieurs à 20000 sur substrat SOI ont été réalisées. Nous avons effectué des mesures d'optique non linéaire dans des guides à cristaux photoniques à fente et avons montré que les effets non linéaires du silicium sont réduits malgré l'exaltation du champ électromagnétique comparés à ceux présents dans des guides à cristaux photoniques standards. Nous avons enfin étudié les pertes le désordre dans ce type de structure par mesures de réflectométrie optique à faible cohérence.
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Fehrembach, Anne-Laure. "Réseaux résonnants à Bande Interdite Photonique, nouveaux filtres pour le D. W. D. M." Aix-Marseille 3, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX30028.
Full textAbstract:
Les débits des télécommunications optiques sont considérablement accrus par le multiplexage dense en longueur d'onde (D. W. D. M. ). Pour séparer les différents canaux, des filtres fréquentiels ultra-sélectifs sont nécessaires. Les réseaux résonnants, formés d'un réseau gravé sur un guide d'onde plan, sont une solution potentielle. Ces structures supportent des modes propres pouvant être excités par une onde issue d'une fibre optique. L'excitation produit un pic de résonance en réflexion, à une longueur d'onde et un angle d'incidence donnés. Le pic ne possède en général pas les qualités requises pour le D. W. D. M. : en incidence oblique, les tolérances angulaire et spectrale sont faibles et les profils dépendent de la polarisation. En conjuguant les concepts des cristaux photoniques, une théorie phénoménologique rigoureuse et une théorie perturbative, nous concevons un filtre répondant à toutes les contraintes imposées par le D. W. D. M. . Nos résultats sont validés par des exemples numériquesDense wavelength division multiplexing (D. W. D. M. ) significantly increases the optical telecommunication transmission rates. To separate the channels, narrow band spectral filters are necessary. Resonant gratings, composed with a grating engraved on a planar waveguide, are a potential solution. These structures support eigenmodes, which can be excited by a wave coming out of an optical fiber. The excitation creates a resonance peak in the reflected beam, for a given wavelength and incidence angle. In general, the peak does not exhibit the qualities required for the D. W. D. M. : at oblique incidence, the angular and spectral tolerances are weak, and the line shapes are polarization dependent. Combining photonic crystals concepts, a rigorous phenomenological theory, and a perturbative theory, we design a filter that meet all the conditions imposed by the D. W. D. M.
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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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Olivier, Ségolène. "Nouvelles structures miniatures dans des cristaux photoniques bidimensionnels planaires pour les fonctions de l'optique intégrée." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066454.
Full text
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Guenneau, Sébastien. "Homogénéisation des quasi-cristaux et analyse des modes dans des fibres optiques de type cristal photonique." Aix-Marseille 1, 2001. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01853818.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est d'une part l'étude théorique et numérique de la diffraction des ondes électromagnétiques en régime harmonique par des structures finies constituées de matériaux hétérogènes périodiques ou quasi-périodiques, à la limite des grandes longueurs d'ondes, et d'autre part l'analyse des modes propagatifs dans des guides périodiques dans le domaine de résonance. Dans la première partie, nous cherchons à remplacer des structures ferro-magnétiques de type "cristal photonique" par un matériau effectif défini par des matrices de permittivité et de perméabilité anisotropes déduites de la résolution de problèmes annexes de type électrostatique sur un tore. Nous nous intéressons ensuite à l'homogénéisation des structures quasi-cristallines et introduisons pour cela une notion de convergence deux-échelles coupe-projection. Enfin, nous estimons le comportement asymptotique de l'erreur entre la solution homogénéisée et la solution quasi-périodique d'un problème d'électrostatique 1D. Dans la seconde partie, nous utilisons des méthodes numériques de type "éléments finis" pour l'analyse des modes dans des fibres optiques de type "cristal photonique", qui permettent de propager la lumière dans un défaut d'indice faible (par exemple, de l'air) grâce à l'existence de bandes interdites. On s'intéresse aussi à la propagation des ondes centimétriques dans des structures constituées de matériaux diélectriques et métalliques. Dans la troisième partie, nous appliquons des méthodes asymptotiques à l'analyse spectrale des guides de type "cristal photonique" pour les basses fréquences (homogénéisation) et pour les hautes fréquences (domaine de résonance). Nous donnons des résultats numériques pour les modes de tels guides aux basses fréquences (méthodes des éléments finis) et pour des modes hautes fréquences dans des cavités multicouches 1D (matrices de transfert).
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Lacour, Frédéric. "PROPAGATION DE LA LUMIÈRE DANS LES NANOSTRUCTURES ET CRISTAUX PHOTONIQUES PLANAIRES ASSOCIÉS AUX GUIDES D'ONDE : FABRICATION ET CARACTÉRISATION." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00934473.
Full textAbstract:
Les nanostructures et les cristaux photoniques en particulier ont enrichi les possibilités de l'optique guidée : guides d'onde de tailles submicroniques, virages à angle droit, cavités résonnantes, fibres. Associés aux guides d'onde traditionnels, ils devraient permettre une intégration d'un nombre croissant de fonction sur le composant : adressage, filtrage spectral, traitement du signal, capteurs... Cependant, la fabrication de telles structures reste un défi technologique, notamment à cause de la parfaite homogénéité ainsi que de la taille nanométrique des gravures qu'elle nécessite. Dans cette thèse, après en avoir déterminé les différents paramètres par calcul de bande et FDTD, nous proposons deux méthodes de fabrication de nanostructures associées à des guides d'onde basées sur l'utilisation d'un faisceau d'ions focalisé (FIB). Une première méthode permet la gravure des nanostructures par FIB seul, une seconde combine l'action du FIB et de la RIE. Les structures sont réalisées sur des substrats où ont été préalablement déposés les guides d'onde. La fabrication a été validée pour une structure multicouche SiO2/SiON/SiO2 déposée sur un substrat de Silicium. Des résultats partiels ont été obtenus pour le niobate de lithium, qui est un matériau difficile à nanostructurer par les méthodes habituelles. Enfin un microscope en champ proche optique de type SNOM a été développé dans le but de caractériser les nanostructures, cette méthode étant imposée par le fort confinement de la lumière.
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Bonnet, Emmanuel. "Réflexion résonnante d'un faisceau confiné par une membrane cristal photonique une dimension : démonstration dans le domaine des térahertz." Saint-Etienne, 2004. http://www.theses.fr/2004STET4016.
Full textAbstract:
Que ce soit à travers la miniaturisation croissante des microsystèmes en général ou pour des domaines émergeants comme l'utilisation des ondes terahertz, il ressort un besoin de concevoir et de réaliser des structures capables de manipuler les interférences optiques de faisceaux de faible diamètre devant la longueur d'onde (quelques dizaines de longueurs d'onde seulement). Grâce à une analyse phénoménologique issue de la combinaison des concepts de l'optique diffractante, de l'optique intégrée et des cristaux photoniques, ce travail présente tout d'abord les différents phénomènes mis en jeu lors de l'interaction entre un faisceau confiné et des structures périodiques à une dimension de fort contraste d'indice et de grand rapport d'aspect (typiquement des cristaux photoniques 1D). Il en découle une série de règles simples permettant d'effectuer efficacement le design des dites structures pour des dispositifs de type réflecteur bande étroite de faisceau confiné. Une réalisation d'un démonstrateur est présentée dans le domaine des terahertzThe increasing miniaturization of Microsystems in general or the emerging field of terahertz waves bring out the need of conceiving and realizing structures able to manipulate interference of beams of small diameter compared to the wavelength (a few tens of wavelengths only). Thanks to a phenomenological analysis resulting from the combination of diffractive optics, integrated optics and photonic crystal concepts, this work presents the different phenomena that are involved during the interaction between a confined beam and a 1D high index contrast, high aspect ratio periodical structures (1D photonic crystals typically). It results from this a set of simple scaling rules, which permit to achieve the structure design of devices like a focused beam narrow band reflector. The realization of a demonstrator in the terahertz range is presented
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Grillet, Christian. "Microcomposants optiques à base de cristaux photoniques bidimensionnels pour l'optique intégrée." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2003. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/thesegrillet.pdf.
Full textAbstract:
La réalisation de dispositifs optiques à base de cristaux photoniques (CP) apparaît comme une voie très prometteuse pour répondre aux exigences de miniaturisation de l'optique intégrée. Les CP sont des structures diélectriques périodiques conçues de manière à modifier le comportement des photons de la même manière qu'un matériau cristallin semi-conducteur affecte les propriétés des électrons. Ils permettent donc un contrôle de la lumière à des échelles de l'ordre de la longueur d'onde. De plus l'insertion de défauts dans le réseau périodique permet la réalisation de microcavités qui peuvent être exploitées soit pour renforcer l'interaction matière-rayonnement (émission et détection de lumière), soit pour filtrer et diriger la lumière sur de très courtes distances. Ce travail de thèse vise à exploiter ces propriétés physiques remarquables afin de concevoir, de réaliser et de caractériser des microcomposants élémentaires types guides résonateurs, et les mécanismes de couplage intervenant entre ces deux éléments en vue de réaliser la fonction de routage sélectif et permettre ainsi l'avènement de l'optique intégrée à base de CPThe realization of optical devices containing photonic crystals seems a very promising way to fulfill the requirements of miniaturization of integrated optics. The PC are periodic dielectric structures conceived so as to modify the behavior of the photons in the same way that a semiconductor crystalline material affects the properties of electrons. They thus provide an effective control of light on a wavelenght scale. Moreover insertion of defects in the periodic lattice allows the realization of microcavities which can be exploited either to reinforce the interaction matter-radiation, or the filter and redirect the light on very short distances. This work of thesis aims at exploiting these properties in order to conceive, to fabricate and to characterize the optical basic building blocks like guides, resonators and coupled systems between these two elements in order to fulfill the function of selective routing and thus to allow the advent of integrated optics containing PC
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Bazin, Alexandre. "III-V semiconductor nanocavities on silicon-on insulator waveguide : laser emission, switching and optical memory." Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077050.
Full textAbstract:
La photonique sur silicium constitue une plateforme idéale pour transmettre et distribuer des signaux optiques au sein d'une puce et sur de longues distances sans pertes excessives. L'intégration de semiconducteurs NIA sur des circuits photonique en silicium est un projet excitant mais ambitieux, que nous avons mené en combinant le meilleur de l'optoélectronique des semiconducteurs III-V et des technologies photonique en siliicium-sur-isolant (SOI en anglais). Afin de pouvoir remplacer les interconnexions métalliques existantes par des interconnexion optiques, nous nous sommes efforcés d'utiliser les objets ayant les dimensions les plus petites et consommant les plus petites énergies comme peuvent l'être les nanocavités en Cristaux Photoniques incorporant des matériaux actif en III-V. Cette thèse visait à conceptualiser, fabriquer et étudier expérimentalement des structures hybrides I V/circuit photonique SOI, où une couche de III-V, collé adhésivement à quelques centaines de μm du silicium, est gravé en une cavité optique de type «nanobeam » et résonante autour de 1,5 μm. Les principaux résultats de ce travail sont les démonstration 1) d'une efficacité de couplage entre la cavité et le guide d'onde SOI facilement ajustable, pouvant excéder 90% lorsque les conditions d'accord de phase sont remplies, 2) de l'émission laser en régime continue avec des puits quantiques via la passivation des surfaces, et 3) d'une mémoire optique de durée supérieure à 2s avec des énergies de commutations ultra-faibles (~0. 4 fJ). Nous présentons aussi un modèle pour fabriquer des cavités « nanobeam » de facteurs Q très élevés, encapsulées dans un matériau bas indiceSilicon photonics constitutes an ideal platform for conveying and routing optical signals, within a chip, and this, over mm long distances with very low losses. The integration of III-V semiconductors onto silicon-on-insulator (SOI) photonic circuits is an exciting but challenging task, which we took-up by combining the best of both III-V optoelectronic and Silicon photonic technologies. In order to be able to use optical interconnects as a replacement technology of current metallic interconnects, we strove for the smallest footprint and lowest energy consuming objects which can be Photonic Crystal nanocavities embedding III-V active material. This thesis aimed at designing, fabricating and studying experimentally hybrid III-V/SOI Photonic Circuit structures, where a III-V layer, bonded adhesively at a few 100's of nm from silicon, is patterned into a nanobeam cavity of optical resonance around 1. 5 μm. The main achievements of this work are the demonstration of 1) an easily adjustable coupling efficiency between the cavity and the SOI waveguide, which can exceed 90% when the phase-matching condition are fulfilled, 2) the continuous wave laser emission with quantum well materials through surface passivation, and 3) an optical memory lasting more than 2 s with ultra- low switching energy (~0. 4 fJ). We also present in detail the fully analytical model to fabricate high-Q factor nanobeam cavities encapsulated in a low-index material
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Vynck, Kevin. "Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés : des cristaux photoniques aux métamatériaux." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00344208.
Full textAbstract:
L'étude des propriétés optiques des matériaux nanostructurés a récemment connu un engouement croissant dû à leur capacité à manipuler la lumière. Les cristaux photoniques sont des matériaux dont l'indice de réfraction est modulé périodiquement à l'échelle de la longueur d'onde. Ils peuvent interdire la propagation de la lumière dans certaines gammes de fréquences et présenter de fortes dispersions spatiales qui conduisent à des phénomènes de réfraction anormaux. Les métamatériaux quant à eux sont des assemblages d'éléments microscopiques, métalliques ou diélectriques, qui se comportent à l'échelle macroscopique tels des milieux homogènes aux propriétés optiques hors du commun.Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et numérique de ces structures, avec pour objectif d'apporter de nouvelles solutions pour un contrôle accru de la lumière. Nous commençons par étudier le confinement de la lumière par des défauts structurels dans des cristaux photoniques à base d'opales, qui sont des empilements de sphères diélectriques, et proposons divers motifs de cavités résonantes et de guides d'ondes monomodes. Dans un second temps, nous considérons la propagation de faisceaux dans des cristaux photoniques planaires sans défaut. Nous démontrons la grande flexibilité offerte par les cristaux photoniques à gradient pour courber la trajectoire de la lumière et proposons une approche pratique pour la coupler efficacement à des guides d'ondes externes. Finalement, nous étudions les propriétés optiques des métamatériaux à base de tiges diélectriques et montrons rigoureusement que leurs résonances microscopiques induisent une permittivité et perméabilité toutes deux dispersives en fréquence qui peuvent être placées dans le domaine optique. Ces travaux ouvrent de nombreuses opportunités pour le contrôle de l'émission et de la propagation de la lumière et peuvent être exploités dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, les Sciences de la Vie et l'énergie solaire.
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Hassouani, Youssef El. "Contribution à l'étude des structures phononiques et photoniques unidimensionnelles périodiques et quasi-périodiques : super-réseaux solide-fluide et guides monomodes." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-215.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse présente une contribution à l'étude de la propagation et la localisation des ondes acoustiques et électromagnétiques dans les cristaux phononiques et photoniques unidimensionnels. Notre intérêt a porté principalement sur la propagation des ondes acoustiques dans les matériaux multicouches périodiques de type solide-fluide et les ondes électromagnétiques dans les guides d'ondes monomodes quasipériodiques. L'objectif étant de chercher de nouveaux matériaux avec des bandes interdites larges et étudier l'effet de la présence des inhomogénéités (défaut) dans ces structures telles que : la surface libre, l'interface avec un substrat homogène ou l'existence d'une cavité. Ces résultats sont obtenus à partir d'un calcul analytique détaillé des fonctions de Green qui nous a permis de déterminer les relations de dispersion, les densités d'états locale et totale et les différents coefficients de transmission et de réflexion ainsi que les temps de phase correspondants. Dans le cas des ondes acoustiques de polarisation sagittale dans les super-réseaux solide-fluide, nous avons mis en évidence l'existence et le comportement des modes de surface et d'interface ainsi qu'une règle générale sur l'existence de ces modes. Aussi, nous avons montré que ces systèmes peuvent présenter des gaps omnidirectionnels qui réfléchissent les ondes quelque soit l'angle d'incidence (miroirs acoustiques) ainsi qu'une transmission sélective à travers les modes de défaut et d'interface (filtres acoustiques). Dans le cas des ondes électromagnétiques dans les guides d'ondes monomodes quasi-périodiques (de type Fibonacci) à base de câbles coaxiaux, nous avons mis en évidence certaines propriétés liées à ces systèmes telles que l'auto-similarité avec un facteur d'échelle dans le cas d'une seule séquence de Fibonacci. Aussi, II a été montré que ces systèmes peuvent présenter dans certaines régions de fréquences, des vitesses subluminiques et superluminiques. Dans le cas des séquences périodiques de Fibonacci, nous avons montré des propriétés liées aux bandes permises telles que la fragmentation des spectres de fréquences selon une loi en puissance ainsi que deux types de modes de surface. Les modes de volume et de surface dans ces structures peuvent présenter des comportements liés aux systèmes multifractals. Tous ces résultats sont obtenus à partir de la mesure de l'amplitude et la phase de la transmission à travers ces cristaux photoniques placés soit horizontalement entre deux guides soit verticalement sur un guide. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les résultats théoriquesThis thesis presents a contribution to the study of propagation and localization of acoustic and electromagnetic waves in one-dimensional phononic and photonic crystals. We are mainly interested in acoustic wave propagation in solid-fluid periodic multi-layered media and electromagnetic wave propagation in quasi-periodic monomode waveguides. Our goal was to propose new materials that exhibit large forbidden bands and to study the effect of the presence of inhomogeneities in these structures such as : a free surface, an interface with a homogeneous medium or a defect layer (cavity). These results are obtained using a detailed analytical calculation of the Green's functions which enabled us to determine the dispersion relations, local and total densities of states, transmission and reflection coefficients as weIl as the corresponding phase times. Ln the case of acoustic waves of sagittal polarization in solid-fluid superlattices, we highlighted the existence and the behaviour of the surface and interface modes; in particular we have shown a general ruIe on the existence of these modes. Also, we have shown that these systems can present omnidirectional band gaps where aIl incident angles are reflected (acoustic mirrors) as weIl as a selective transmission through defect and interface modes (acoustic filters). Ln the case of electromagnetic waves in quasi-periodic (Fibonacci) monomode waveguides constituted of coaxial cables, we highlighted sorne properties related to these systems such as: the self-similarity of the transmission spectrum with a scaling factor in the case of a single Fibonacci sequence. Also, it was shown that these systems can present in sorne regions of frequencies, subluminal and superluminal velocities. Ln the case of periodic Fibonacci sequences, we have shown some properties related to the allowed bands such as the fragmentation of the frequency spectra according to a power law as weIl as the existence of two types of surface modes. The surface and bulk modes in these Structures can exhibit particular behaviours related to multifractal systems. AIl these results are obtained from the measurement of the amplitude and the phase of the transmission coefficient through these photonic crystals when the latter are either inserted horizontally between two guides or placed vertically on a guide. The experimental and theoretical results are in~ood agreement
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Chateiller, Quentin. "Couplage cohérent de nanocavités optiques hydrides actives." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2020. https://theses.md.univ-paris-diderot.fr/CHATEILLER_Quentin_va2.pdf.
Full textAbstract:
A l'heure de l'explosion des besoins en ressources de calcul et du volume des télécommunications dans le monde, l'industrie de la micro-électronique a engagé un changement de cap au cours de la dernière décennie, afin de pouvoir continuer à répondre aux besoins technologiques émergents de nos sociétés. L'une des voies entreprises repose sur la photonique intégrée, qui requiert notamment le développement de nanosources de lumière robustes et efficaces énergétiquement, et présentant des fonctionnalités optiques avancées. Nous proposons dans cette thèse un nouveau concept de nanosource laser émettant à 1550 nm, reposant sur un système de deux nanocavités optiques actives identiques en cristal photonique, couplées de façon évanescente à un même guide d'onde. La phase de couplage est alors directement contrôlée par leur distance relative. Ce système est fabriqué par l'adhésion d'une hétérostructure de puits quantiques en semiconducteur III-V sur une circuiterie optique en silicium, suivie d'une lithographie électronique et d'une gravure ICP. Dans le cadre d'un pompage identique, nous avons ainsi démontré théoriquement et expérimentalement l'existence de deux modes couplés symétrique et anti-symétrique, caractérisés par une séparation à la fois en pertes et en énergie. L'existence d'un mode sombre a également été prédite, et se manifeste par un blocage de l'émission pour certaines phases de couplage. Plus généralement, les caractéristiques de l'émission de ce système permettent de l'assimiler à une cavité unique effective, dont les propriétés laser sont modulées par la phase de couplage. Celles-ci peuvent notamment être améliorées à proximité du mode sombre. L'exploration générale de ce type de système ouvre finalement la voie à de nombreuses autres études, basées par exemple sur la variation de la configuration de pompage et/ou la configuration de couplage de ces cavités. Dans ce contexte, d'autres effets ont été observés, comme la directivité de l'émission dans le guide, et la manifestation d'un point exceptionnel induisant une extinction de l'émissionIn a time where computing resources and telecommunications requirements are exploding all around the world, the microelectronics industry has undertook over the past decade a major turnaround in their course to keep answering to the emerging technological needs of our societies. One of the ways undertaken is based on integrated photonics, which in particular requires the development of robust and energy efficient light sources at the nanoscale, with advanced optical functionalities. In this thesis, we propose a new concept of laser source emitting at 1550 nm, based on a system composed with two identical active optical nanocavities made of photonic crystal, coupled evanescently to a common waveguide. The coupling phase is then directly controlled by their relative distance. This system is fabricated by bonding a heterostructure of quantum wells in III-V semiconductor on an optical silicon circuit, followed by an electronic lithography and an ICP etching. In the context of an identical pumping, we thus demonstrated theoretically and experimentally the existence of two symmetrical and anti-symmetrical coupled modes, characterized by a splitting both in losses and in energy. The existence of a dark mode has also been predicted, which blocks the emission in the waveguide at particular coupling phases. More generally, the emission characteristics of this system allow us to assimilate it to a single effective cavity, whose the laser properties are modulated by the coupling phase. These can in particular be improved near the dark mode. The general exploration of this system finally opens the way to many other studies, based for instance on the variation of the pumping configuration and / or the coupling configuration of these cavities. In this context, other effects were observed, such as a directional emission in the waveguide, and the cancelling of this emission related to the presence of an exceptional point
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Pierre, Raphaël. "Propriétés effectives d'un cristal photonique. Extensions de la méthode des sources fictives. Application à l'étude du guidage de modes quasi-TEM uniformes." Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00360840.
Full textAbstract:
Le premier volet de ce document est dédié à l'obtention des grandeurs effectives d'un cristal photonique monodimensionnel. La méthode employée consiste à calquer les propriétés en dispersion et en réflexion d'un cristal sur celles d'un milieu homogène anisotrope. Cette nouvelle approche permet d'atteindre les permittivité et perméabilité effectives du cristal sous la forme d'un couple de tenseurs. Leur expression indique un critère nécessaire pour réaliser l'adaptation d'impédance entre un cristal et le milieu ambiant. Celui-ci est alors étendu puis appliqué aux cristaux bidimensionnels.Le second volet est l'étude du guidage de modes quasi-TEM uniformes dans un guide métallique au moyen de parois structurées. Les structures sont des surfaces hard analysées grâce à la méthode modale tandis que les guides d'ondes associés le sont par une extension de la méthode des sources fictives. Cartes de champs et relations de dispersion révèlent le comportement des surfaces et guides envisagés.
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Beugin, Vincent. "Étude de la photosensibilité dans les guides planaires et les fibres à cristal photonique." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-Beugin.pdf.
Full textAbstract:
La photosensibilité des verres permet d'écrire à l'aide d'un faisceau laser UV des composants optiques dans des guides. La première partie porte sur l'étude de réseaux de Bragg photoinscrits dans des guides planaires dans le but de réaliser un multiplexeur à insertion et extraction de longueur d'onde. Trois méthodes de sensibilisation des guides planaires sont étudiées: méthodes d'hydrogénation, d'hypersensibilisation par insolation UV et de chargement en espèces hydroxyles, Les études portent sur les cinétiques d'inscription des réseaux de Bragg et les conditions expérimentales qui conduisent à un gain et une stabilité maximum de la photosensibilté. L'hydrogénation se révèle la méthode la plus efficace pour la réalisation du composant. Enfin, les simulations effectuées à l'aide du modèle « courbe-étalon » permettent de prédire l'évolution de l'indice de réfraction photoinduit et ainsi de déterminer les conditions de passivation des réseaux de Bragg et marches d'indices afin de garantir, dans un intervalle fixé par l'opérateur, le fonctionnement du composant sur une période d'utilisation de 20 ans. Dans une seconde partie, les cinétiques de photoinscriptions de réseaux de Bragg est étudiée dans les fibres à cristal photonique et une technique d'hydrogénation développée dans les fibres conventionnelles a été adaptée pour ces fibres. Les travaux montrent que la microstructuration réduit l'efficacité d'inscription. Nous montrons en particulier que le choix du dopage phosphore du cœur de la fibre offre la possibilité d'améliorer la photoinscription alors que le contraste des franges d'interférences est réduit du fait de la microstructuration de la fibre.
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Sarrazin, Michael. "Etude de propriétés optiques liées à la transmission de cristaux photoniques bidimensionnels." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002972.
Full textAbstract:
Le travail présenté ici repose sur l'étude de cristaux photoniques bidimensionnels et sur la mise en place des outils théoriques correspondants. La spécificité de notre travail repose sur deux aspects. Premièrement, nous avons eu recours à un programme général d'étude de multicouches, éventuellement rugueuses ou percées de trous, reposant sur une méthode de modes couplés et l'utilisation du formalisme de la matrice S. A partir de ce programme, nous avons cherché à obtenir un certain nombre de paramètres pertinents dans l'étude des systèmes optiques. Ces paramètres correspondent au calcul des coefficients de transmission et réflexion, dont on peut déduire les pertes en énergie. De plus, nous avons développé le calcul de cartes du champ proche et du champ dans le volume du système étudié, avec la possibilité, dans le cadre d'un problème de diffraction, de sélectionner certains ordres et certaines polarisations particulières. On peut y ajouter également la détermination, par l'étude directe des propriétés de la matrice S (entre autre de ses pôles), des modes propres du système étudié. Deuxièmement, le début de ce travail a coïncidé avec la publication en 1998 de résultats concernant l'étude expérimentale de cristaux photoniques bidimensionnels constitués d'une couche métallique percée de trous sublongueurs d'onde répartis selon un réseau à deux dimensions et déposée sur un substrat diélectrique. Aussi, nous avons tourné l'essentiel de notre travail vers l'analyse de ces expériences. Nous avons montré que, dans le cadre de ces expériences, la notion de modes propres associés à un système donné revêt un intérêt crucial. Plus particulièrement, nous avons soulevé l'importance de l'analyse des anomalies de Wood résonantes dans l'interprétation de ces expériences.
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Ferrier, Lydie. "Micro-nano structures à base de cristaux photoniques pour le contrôle 3D de la lumière." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00625602.
Full textAbstract:
Le contrôle 3D de la lumière est réalisé, à l'échelle de la longueur d'onde, dans des circuits photoniques intégrés. La brique élémentaire choisie dans cette étude est le cristal photonique (CP) membranaire qui, par ses propriétés de dispersion, permet un contrôle de la lumière à la fois dans le plan (optique guidée) et hors du plan (dispositifs adressables par la surface). En particulier, l'exploitation de modes de Bloch situés au point Gamma de la courbe de dispersion (k//=0) permet l'émission de la lumière dans la direction verticale. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur des cristaux photoniques à réseaux de micropiliers, comme alternative aux réseaux de trous, mais également en envisageant la possibilité d'intégrer ces structures dans des systèmes microfluidiques, les fluides ayant la capacité de circuler au travers des réseaux de piliers. Nous décrirons dans une première partie, des dispositifs à CP à émission par la surface. Nous démontrerons, pour la première fois, que l'utilisation de modes fortement résonants permet de réaliser des microlasers à réseaux de piliers en InP. Les modes faiblement résonants peuvent être utilisés pour la réalisation de miroirs à CP et de microcavités Fabry-Pérot constituées uniquement de tels miroirs. Les facteurs de qualité obtenus (>10000) rendent possible la fabrication de nouveaux types de VCSEL. Dans une seconde partie, nous nous intéresserons à la problématique de l'intégration de ces dispositifs dans un circuit photonique 3D. Tout d'abord, nous expliquerons comment il est possible d'optimisation le diagramme de rayonnement des composants. Ensuite, nous étudierons le couplage de dispositifs à cristaux photoniques avec un ou deux guides d'onde ruban en silicium. De fortes efficacités de couplage sont obtenues en simulation FDTD 3D (95%). Ces dispositifs en cours de fabrication en collaboration avec le LETI-CEA de Grenoble permettront de démontrer expérimentalement ce couplage.
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Calero, Vila Venancio. "Antenne à cristal photonique électro-optique pour la détection de fréquences électromagnétiques." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD018.
Full textAbstract:
Ce travail se concentre sur la fabrication d’un capteur de champ électrique non invasif, basé sur des effets électro-optiques. Ces dispositifs, entièrement diélectriques, ne perturbent pas le champ électrique à mesurer. La plus part des capteurs de champ électrique basé sur les effets électro-optiques sont des modulateurs du type Mach-Zehnder. Ces capteurs présentent toute fois beaucoup de pertes optiques lors de l’injection de la lumière dans le guide optique. Pour s’affranchir de telles pertes, un dispositif Lab-on-Fiber est imaginé : une nanostructure photonique est placée en bout de fibre optique.Les propriétés du Niobate de Lithium (LiNbO3), associées aux structures d’un cristal photonique (PhC) permettent d’imaginer une partie active extrêmement sensible et ultra compact, placé à l’extrémité d’une fibre optique. Le dispositif final doit également présenter une large bande spectrale de fonctionnement et une très fine résolution spatiale.Nous nous intéressons à la simulation, à la fabrication et à la caractérisation de ce capteur de champ électrique fibré. De nombreuses simulations numériques nous ont permis d’optimiser le design de la nanostructure photonique. Nous nous sommes penchées sur un cristal photonique 2D, conduisant à l’excitation d’une résonance Fano, extrêmement sensible aux champs électriques. Ces simulations ont également permis d’étudier l’impact des inévitables défauts de fabrication. La fabrication est divisée en deux parties : (i) Fabrication des cristaux photoniques sur des couches minces de niobate de lithium (LN). Nous avons développé un protocole reproductible pour obtenir des couches minces de LN suspendues. Un faisceau d’ion focalisé vient ensuite graver localement le LN pour fabriquer un cristal photonique. Ces cristaux photoniques sont ensuite caractérisés optiquement avant la seconde étape de fabrication : (ii) l’assemblage de cette partie active du capteur à l’extrémité d’une fibre optique. Deux méthodes d’intégration ont été étudiées et conduisent à un capteur fibré ultra-compact. Une seconde caractérisation, électro-optique cette fois, permet de déterminer les caractéristiques principales du capteur : sensibilité, résolution spatiale, bande passante, linéarité. Le dispositif final est le premier capteur de champs électrique basé sur une résonance Fano, et montre la plus fine résolution spatiales jamais atteinte des capteurs électro-optiquesThis thesis work focuses on the fabrication of non-perturbing E-field sensors based on the electro-optical effect. Lithium niobate (LiNbO3) combined with Photonic Crystals (PhC) can increase considerably the material sensitivity to electric fields leading to ultra-compact devices. The target structure must exhibit a high sensitivity, extended bandwidth, ultra-fine spatial resolution and the most important: the electric field should not perturb the electric field to be measured, which is ensured since the sensor is not based on metallic parts. Most of the E-field sensors based on ferroelectric materials are based on Mach-Zehnder (MZ) modulators or any other kind of waveguide-based topologies which presents high losses produced at the injection of the light within the tiny waveguides and can reach relatively low electric field sensitivities. These issues may not happen in fibered-based devices where the photonic structure can be located at the facet and a nano-structure may act as a sub-wavelength diffraction grating that couples the light into the PhC itself. By choosing the adequate geometrical parameters, very efficient out-of-plane to in-plane coupling can be performed.In this thesis we focus on the simulation, fabrication and characterization of the fiber-tip electric-field sensor. Here we perform numerical simulations in order to study the feasibility of the structure where the different fabrication errors are studied. The fabrication is divided in two parts: a first one where we overcome with the problem of micromachining photonic crystals within Thin Film Lithium Niobate (TFLN) and a second part, where the integration of the photonic device within the fiber facet is explained. Regarding the part concerning the PhC fabrication, we have developed a reproducible process to release the lithium niobate membrane where the PhC is made by Focused Ion Beam (FIB) techniques. The optical characterization of these structures, which receive the name of Photonic Crystal Slabs (PCS), shows excellent agreement with the theory never achieved before in this material. On the other side, different methods here shown for the integration onto fiber, leading to an ultra-compact and versatile sensor. After the assembly, the sensor is characterized verifying its different features such as spatial resolution, linearity, sensitivity and bandwidth. The resulting device results in the first Fano E-field sensor ever reported, but in addition it also presents the highest spatial sensitivity ever obtained in these kind of devices
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Farha, Robert. "Etude d'une structure à cristal photonique "LOM" gravée dans un guide Ti liNbO3 dopé erbium pour l'émission de la lumière à 1.55 µm." Phd thesis, Institut National des Télécommunications, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00612669.
Full textAbstract:
La réalisation d'un laser en optique intégrée sur niobate de lithium dopé erbium passe par la création d'une cavité Fabry-Pérot. Cette cavité peut être obtenue de manière classique en déposant des miroirs diélectriques multicouches aux extrémités du guide d'onde. Des problèmes de fiabilité de fabrications de ces miroirs peuvent être contournés en utilisant des réseaux de Bragg gravés à la surface du guide d'onde. Une autre approche, c'est un laser DFB bien connu, dans ce cas le cœur du guide à contraste d'indice, est structuré périodiquement par des réseaux de Bragg aussi gravés à la surface. Cette thèse présente une nouvelle configuration d'un cristal photonique (CP) 2D de forme originale LOM (pour Laterally Over-Modulated) pour remplacer les réseaux de Bragg gravés à la surface de guide d'onde de titane diffusé sur un substrat de niobate de lithium dopé erbium. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce mouvement. Son but est la conception, la fabrication et la caractérisation de LOM, destinées à réaliser un laser émettant à λ = 1,55µm répondant aux exigences de l'intégration photonique. La structure LOM proposée vise en même temps : - Le renforcement de l'émission spontanée par effet Purcell dans un milieu amplificateur où le couplage, de la sur-modulation de l'indice optique CP1D (effet Bragg) et CP2D (BIP), replie les relations de dispersion et crée de fait des régions de faible vitesse de groupe. - Le remplacement de la configuration Fabry-Pérot nécessitant un dépôt de couche diélectrique par une structure DFB réalisable en une seule étape de fabrication, d'où le choix de la technologie FIB " Focused Ion Beam ". L'optimisation de LOM occupe une partie du travail. Des simulations numériques ont été menées en deux dimensions par un logiciel " RSoft ", utilisant les techniques des ondes planes et FDTD, pour obtenir un meilleur rendement de transmission possible autour de 1.55µm. En accord avec les simulations, nous présentons la réalisation et la caractérisation de LOM dans un guide d'onde Er:Ti:LiNbO3 de coupe X propagation Z pompé à 980nm par une diode laser continue. Un gain d'amplification de 9 dB a été obtenu pour un LOM de 780 trous d'air de diamètre 290nm et de période 540nm constituant une surface de (22µm X 9µm). L'étape suivante consiste à améliorer le LOM pour arriver à créer un laser intégré.
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Férachou, Denis. "Application des fibres creuses à cristal photonique pour la réalisation de résonateurs micro-ondes et de guides d’onde térahertz." Limoges, 2012. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/6c8250cd-a5a5-4db6-bc7c-1c9ffc8bbfbf/blobholder:0/2012LIMO4042.pdf.
Full textAbstract:
Le domaine térahertz (THz) est une gamme de fréquence encore peu étudiée. La difficulté à générer et à détecter dans ce domaine a longtemps empêché son développement comparativement aux domaines de l’optique (> 100 THz) et des micro-ondes (< 100 GHz). L’étude proposée dans cette thèse concerne les guides d’onde THz basés sur l’adaptation des structures des fibres optiques à coeur creux composées d’un cristal photonique. Les faibles pertes qu’il est possible d’atteindre avec ce genre de fibres optiques ont été démontrées. L’intérêt de cette adaptation est donc de retrouver les avantages de ce genre de structures au domaine THz. Un chapitre introductif présente plus en détail le domaine THz et les contraintes de ce domaine. Un état de l’art des guides d’onde THz ainsi que le banc de spectroscopie THz dans le domaine temporel développé pour l’étude des guides d’onde sont aussi présentés. Le deuxième chapitre est consacré aux modèles développés en optique pour expliquer le confinement dans les fibres basées sur les cristaux photoniques ainsi que l’adaptation de ces cristaux aux domaines micro-ondes et THz. Le dernier chapitre porte sur l’optimisation et la réalisation de résonateurs micro-ondes et de guides d’onde THz basés sur des cristaux photoniques à bandes interdites adaptésThe domain terahertz (THz) is a little studied frequency range. The difficulty to generate and detect in this domain has long prevented its development compared to the optical domain (> 100 THz) and microwaves (<100 GHz). The study proposed in this thesis concerns the terahertz waveguides based on structural adaptation of hollow core optical fibers composed of a photonic crystal. The low losses it is possible to achieve with this kind of optical fibers have been demonstrated. The interest of this adaptation is to find the same advantages of such structures in THz. An introductive chapter provides more detail on the THz domain and the constraints of this area. A state of the art of THz waveguides and the THz time domain spectroscopy setup developed for the study of waveguides are presented. The second chapter is devoted to models developed to explain the optical confinement in fibers based on photonic crystals and the adaptation of these crystals to microwave and THz domains. The last chapter deals with the optimization and realization of microwave resonators and waveguides THz based on adapted photonic bandgap crystals
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Sauvan, Christophe. "Etude de la propagation et du confinement de la lumière dans des nanostructures." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011142.
Full textAbstract:
Une compréhension fine des interactions de la lumière avec des matériaux structurés à l'échelle de la longueur d'onde est nécessaire pour parvenir à contrôler les photons (émission, propagation et détection) dans de petits volumes de l'ordre de quelques lambda cube. Les applications de ce contrôle couvrent des domaines très variés, allant des interconnexions optiques à la réalisation d'expériences d'électrodynamique quantique à l'état solide. Au cours de cette thèse, nous avons étudié les interactions de la lumière avec des structures à base de cristaux photoniques bidimensionnels gravés dans un empilement de couches minces, structures qui peuvent être utilisées aussi bien en optique guidée qu'en optique en espace libre. Pour cela, des outils de simulation numérique tridimensionnelle performants ont été développés. Tout d'abord, nous avons réalisé une étude théorique et numérique de la propagation de la lumière dans des guides à cristaux photoniques. Nous nous sommes intéressés à un système modèle, le guide à une rangée manquante, ainsi qu'à trois quantités physiques essentielles, l'atténuation, la durée de vie et le coefficient de réflexion du mode fondamental.
Nous avons également étudié le confinement de la lumière dans des microcavités à cristaux photoniques. Nous avons en particulier montré que, même à l'échelle de la longueur d'onde, la physique du confinement est essentiellement gouvernée par des quantités classiques : les pertes radiatives à l'interface des miroirs et la vitesse de groupe du mode de Bloch guidé à l'intérieur de la cavité.
Finalement, nous avons étudié une application des cristaux photoniques à l'optique diffractive en espace libre. Leurs propriétés de dispersion structurale originales nous ont permis de concevoir des optiques diffractives qui restent efficaces sur une large bande spectrale.
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Filloux, Pascal. "Etude et réalisation de structures bidimensionnelles à bandes photoniques interdites pour le domaine optique et proche infrarouge." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112254.
Full textAbstract:
Un cristal photonique est une structure composite dont l'arrangement des matériaux est périodique a l'échelle de la longueur d'onde. La périodicité permet l'apparition de bandes photoniques interdites : domaines de fréquences pour lesquels la lumière ne peut pas se propager dans la structure, quelles que soient sa polarisation et sa direction de propagation. Deux types de dispositifs mettant en ceuvre des cristaux photoniques à deux dimensions ont été étudiés, pour les longueurs d'onde des télécommunications optiques entre 1,3 et l,55mM. Leur modélisation utilise la méthode mathématique rigoureuse des ondes couplées (RCWA). Le premier composant, pour l'optique guidée, utilise un substrat de silicium sur isolant (SOI). Le cristal photonique à deux dimensions est gravé dans le film de silicium : des réseaux de diffraction permettent le couplage et le découplage de la lumière dans le guide. Plusieurs types de substrats ont été considérés pour lesquels nous avons étudié la propagation des ondes guidées puis avons dîmensionné les coupleurs et le enstal photonique. Pour modéliser ces cristaux, en optique intégrée, nous avons utilisé un calcul approché basé sur la méthode RCWA qui permet de déterminer avec une bonne approximation leurs propriétés optiques. Un deuxième composant a été étudié et réalisé pour l'optique diffractive. Il est obtenu en gravant un réseau de traits dans une ou plusieurs des couches d'un empilement périodique. Lorsque toutes les couches sont gravees, ces structures, possédant deux directions de périodicité et constituées de trois matériaux différents, constituent des cristaux photoniques 2D non conventionnels. Nous avons montré la possibilité de réaliser, avec ces structures, des miroirs, des filtres, polarisants ou non, dispersifs ou non. Nous avons montré la faisabilité des structures multicouches (silicium / nitrure de silicium) gravées sur membrane en utilisant la gravure par faisceau d'ions focaliséA photonic crystal is a composite structure with periodically arranged materials at the wavelength scale. The periodicity allows the opening of photonic band gaps i. E. Frequency ranges for which light can not propagate in the structure, whatever its polarization or propagation direction. Two types of components, implementing two-dimensional photonic crystals, have been studied, for the optical telecommunication wavelengths between 1. 3 and 1. 55mM. Their modeling is carried out using the mathematical Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA) method. The first component, for guided optics, is based on a silicon-on-insulator (SOI) substrate. The two-dimensional photonic crystal is etched in the silicon film; diffraction gratings allow in and out coupling of light. Several substrates have been considered for which we have studied the propagation of guided waves. Then we have dimensioned the couplers and photonic crystal. To model these crystals, in integrated optics, we have used an approximate calculation based on the RCWA method which enables the determination of their optical properties with a good approximation. A second component has been studied and realized for diffractive optics. It is obtained by etching grooves through one or several layers of a one-dimensional stack. As all the layers are etched, the structures, having two directions of periodicity and being made out of three different materials, constitute non-classical 2D photonic crystals. We have shown the possibility to realize, with those structures, mirrors and filters, dispersive or not, polarizing or not. We have shown the feasibility of etching multilayer (silicon /silicon nitride) structures on membranes using a focused ion beam etching
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Fasquel, Sophie. "Propriétés optiques de structures guidantes en cristal photonique." Lille 1, 2005. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/e2f8fa6b-4758-4782-808c-b7155b110a74.
Full textAbstract:
Ces travaux de recherche portent sur l'étude de stmctures guidantes à base de cristaux photoniques. Il s'agit de réseaux de trous d'air gravés dans une hétérostructure confinante de type InP/lnGaAsP/lnP. Notre contribution sur ce sujet regroupe des aspects numériques théoriques bi et tridimensionnels et des aspects de fabrication. Les cristaux photoniques ont un grand intérêt pour l'optique et les télécommunications, car ils permettent de manipuler la lumière -routage, (dé)multiplexage, filtrage - dans des dimensions restreintes. Par analogie avec le gap des semiconducteurs, la périodicité de ces matériaux génère l'ouverture d'une bande spectrale interdite pour les photons. Nous exploitons à la fois cette bande interdite pour réaliser des guides optiques ou des dispositifs de filtrage directionnels appelés « Add-drop », et les bandes permises du cristal pour l'étude de la réfraction négative dans ces milieux périodiques qui peuvent posséder un indice de réfraction négatif.
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Checoury, Xavier. "Etude théorique et expérmentale de cristaux photoniques pour la réalisation de lasers guide d'onde aux longueurs d'onde télécom." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112244.
Full textAbstract:
Dans ce travail de thèse, nous avons pu faire une étude exhaustive de guides fabriqués à partir de cristaux photoniques (CP) constitués par un réseau périodique bi-dimensionnel de trous d'air percés au travers d'une hétérostructure sur substrat de phosphure d'indium. Nous avons pu montrer expérimentalement un effet laser mono-mode dans des guides étroits constitués d'une ou trois rangées de trous d'air manquants (guides W1 ou W3) et réalisés dans des cristaux photoniques de maille triangulaire ou carrée. En particulier, nous avons montré sous pompage optique qu'il était possible d'obtenir un effet laser dans des guides très étroits (W1) dont la largeur de coeur est de 650 nm. Une émission laser mono-mode a également été observée sous injection électrique dans des guides plus larges. Dans ce cas, la réjection des modes secondaires est supérieure à 40 dB. L'interprétation des résultats expérimentaux a pu être menée grâce à des simulations numériques tri-dimensionnelles, de type différence finie dans le domaine temporel (FDTD) et grâce à l'utilisation du formalisme de la fonction enveloppe appliqué aux cristaux photoniques. Plusieurs voies d'optimisation ont pu être proposées. Dans le domaine de la simulation numérique des CP, un algorithme utilisant des bases d'ondelettes a permis le calcul de certains diagrammes de bandes de manière plus efficace que les algorithmes traditionnels qui utilisent des bases d'ondes planes. Dans le domaines des lasers à guide, nous avons montré au moyen de simulations qu'une taille de trou appropriée permettait, d'une part, un contrôle fin de la longueur d'onde d'émission et d'autre part une réduction significative des pertes des guides à CPIn this thesis work, an exhaustive study of two dimensional photonic crystal (PhC) waveguides is carried out, both experimentally and theoretically. PhCs are fabricated by periodically etching air holes through an InP based heterostructure including six quantum wells. A single mode laser emission is experimentally demonstrated under optical pumping at room temperature for narrow waveguides formed by one or three rows of missing air holes (W1 or W3 waveguides) in a triangular or square lattice PhC. More precisely, a laser emission is observed in very narrow waveguides (W1) whose core width is about 650 nm. Single mode laser emission in larger PhC waveguides is also observed under electrical injection. In this case, the side mode rejection ratio is better than 40 dB. Experimental results are successfully interpreted using band diagram computations and finite difference in time domain simulations (FDTD) in parallel with envelope function calculations. Several improvements to PhC waveguide lasers are proposed. As regards to the simulation of PhCs, an algorithm relying on expansions in wavelet basis has been developed. It allows to compute band diagrams more efficiently than with more traditional algorithms relying on plane wave expansion. Concerning waveguide lasers, simulations show that an appropriate air hole size allows to finely tune the laser emission wavelength on one hand and to significantly reduce diffraction losses of waveguide lasers on the other hand
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Pureur, Vincent. "Modélisation et caractérisation de fibres à guidage par bandes interdites photoniques à coeur solide." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10003/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude, à la fois théorique et expérimentale, d'une nouvelle classe de fibres micro-structurées guidant par bandes interdites photoniques (BIP) à coeur solide. Dans les structures étudiées, l'origine des BIP est liée à l'agencement périodique à deux dimensions d'inclusions de faible contraste d'indice dans la gaine. Après avoir précisé les avantages de ces fibres, nous nous sommes attachés à identifier et à comprendre les mécanismes de pertes par confinement dans de telles structures supposées parfaitement périodiques, droites puis courbées. Ces études ont permis de déterminer et d'expliquer des tendances d'évolution simples de ces pertes selon les différents paramètres opto-géométriques de la fibre et de mettre ainsi en évidence un compromis à définir entre pertes par confinement de la fibre droite et courbée. De plus et pour la première fois, l'impact des défauts transverses apparaissant au cours de la fabrication sera évalué et discuté. L'étude montre notamment que de tels défauts peuvent diminuer les pertes par rapport à la structure idéale ce qui nous conduit à définir une nouvelle classe de fibres BIP toutes solides, dites hybrides. Nous proposons également une nouvelle structure de fibre BIP à double gaine, où la présence d'une couronne d'air permet la réduction des pertes par confinement à la fois de la fibre droite et courbée. Cet ouvrage rapporte également un exemple d'application de ces structures toutes solides dans le domaine des lasers à fibre, avec une émission laser mono-mode transverse continue à 977 nm. L'étude à la fois théorique et expérimentale de plusieurs fibres BIP biréfringentes à coeur solide est finalement présentéeThis thesis focuses both on theoretical and experimental studies of a new class of micro-structured optical fibers, called Solid Core Photonic BandGap Fibers (SC-PBGFs), for which PBGs originate from the 2D periodical arrangement of weak refractive index contrast inclusions in the cladding. After giving these fibers advantages, we work on the identification and the understanding of confinement losses mechanisms in such micro-structures in the case of straight and bent fibers. These investigations allow us to establish simple evolution trends ofthese losses versus their different opto-geometrical parameters, and underline a compromise to find between the losses of the straight and bent fiber. Moreover and for the first time, impact of transversal defects appearing during the fabrication process will be evaluated and discussed. This study shows notably that such defects can lead to a minimum confinement loss lower than the ideal structure, which leads us to define a new class of SC-PBGFs, called hybrid. A new double clad PBG structure is also proposed, for which an extra holey ring reduces the confinement losses of both the straight and bent fiber. This thesis lays out moreover an application of such all-solid fibers, thanks to the conception and characterization of an Ytterbium doped PBGF with a transverse single-mode laser emission around 977 nm. Finally, we present the experimental and theoretical studies of several birefringent solid-core photonic bandgap fibers
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Itawi, Ahmad. "Dispositifs photoniques hybrides sur Silicium comportant des guides nano-structurés : conception, fabrication et caractérisation." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112363/document.
Full textAbstract:
Le contexte de cette thèse couvre les dispositifs photoniques hybrides III-V sur silicium. L’étude porte sur l’intégration par collage de matériau à base d'InP sur le silicium, puis la conception d’un guide optique comportant une nanostructuration qui permettra la sélection en longueur d’onde dans un laser DFB hybride. Enfin, on étudie les étapes technologiques de fabrication d’un laser hybride injecté électriquement fonctionnant dans le domaine spectral 1.55µm, et on caractérise les dispositifs. Pour associer les matériaux III-V sur Si, nous avons développé le collage sans couche intermédiaire que l’on nomme collage hétéroépitaxial ou oxide-free. Ce collage est reporté dans la littérature comme présentant une meilleure qualité électrique. Nous avons établi les conditions de préparation permettant d’obtenir des surfaces parfaitement désoxydées, et les conditions de recuit conduisant à une interface hybride sans oxyde et sans dislocation. Mais ce recuit est réalisé à température assez élevée (~450-500°C). Nous avons alors développé le collage avec une fine couche intermédiaire d’oxyde réalisé à plus faible température -300°C- qui présente l'avantage d'être compatible avec la technologie CMOS. Nous avons étudié différentes approches pour élaborer et activer une couche d’oxyde très fine (~3nm), de façon à obtenir une surface collée sans zones localement non collées. Le collage est dans les deux cas réalisé sous vide dans un équipement de type Bonder Suss SB6e. La qualité structurale de l’interface a été observée par STEM et la qualité mécanique du joint de collage a été caractérisée par indentation. Une méthode originale de mesure quantitative et locale de l’énergie du joint de collage a été développée. La qualité optique des couches collées a été étudiée par la mesure de la photoluminescence de puits quantiques placés proches du joint d’interface. En conséquence du collage sans couche intermédiaire ou avec une couche très fine, le design du mode optique est de type double-cœur, qui ne nécessite pas de taper. Le guide optique Si est de type shallow ridge, le confinement latéral étant assuré par un matériau nanostructuré à une période sub-longueur d’onde. Ce matériau fonctionne comme un matériau effectif uniaxe pour lequel on a calculé les indices optiques ordinaire et extraordinaire selon la géométrie de la nanostructuration. On peut rajouter sur cette nanostructuration une super-périodicité qui conduit à un fonctionnement sélectif en longueur d’onde. Le comportement modal du guide est simulé à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics, le comportement spectral est simulé par FTDT 3D. Nous avons validé la pertinence de ce design en mesurant la transmission de guides hybrides. Ce design sera inclus dans un laser et permettra d’obtenir une émission monofréquence de type DFB. Nous avons développé les étapes technologiques nécessaires à la fabrication d’un laser hybride à base d'InP sur Silicium fonctionnant en injection électrique. Nous avons mis en oeuvre de nombreuses techniques, et développé plusieurs procédés spécifiques, en particulier, des procédés de gravure sèche de type Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE pour la gravure de la nanostructuration dans le silicium, et pour la gravure du mésa du laser. La présence des 2 matériaux III-V et Si dans le dispositif hybride rend ces étapes complexes. Les premiers résultats peuvent être améliorés en optimisant la technologie des contacts. Un design permettant de s’affranchir de la pénalité thermique présenté par tous les dispositifs ayant les 2 contacts électriques du coté du matériau III-V a été proposé, exploitant le passage du courant à l’interface hybride III-V / Si, ce qui est possible dans le cas du collage oxide-free. Cette approche ouvre des perspectives d’intégration au-delà de la photoniqueThis work contributes to the general context of III-V materials on Silicon hybrid devices for optical integrated functions, mainly emission/amplification at 1.55µm. Devices are considered for operation under electrical injection, reaching performances relevant for data transfer application. The main three contributions of this work concern: (i) bonding InP-based materials on Si, (ii) nanostructuration of the Si guiding layer for spatial and spectral control of the guided mode and (iii) technology of an hybrid electrically injected laser, with a special attention to the thermal budget. Bonding has been investigated following two approaches. The first one we call heterohepitaxial or oxide-free bonding, is performed without any intermediate layer at a temperature ~450°C. This approach has the great advantage allowing electrical transport across the interface, as reported in the literature. We have developed oxide-free surface preparation for both materials, mainly InP-based layers, and established bonding parameter processing. An in-depth STEM and RX structural characterization has demonstrated an oxide-free reconstructed interface without any dislocation except on one or two atomic layers which accommodate the large lattice mismatch (8.1%) between InP and Si. Photoluminescence of quantum wells intentionally grown close to the interface has shown no degradation. We have also developed an oxide-based bonding process operated at 300°C in order to be compatible with CMOS processing. The original ozone activation of the very thin (~5nm) oxide layer we have proposed demonstrates a bonding surface without any unbonded area due to degassing under annealing. We have developed an original method based on nanoindentation characterization in order to obtain a quantitative and local value of the surface bonding energy. Related to the absence or to the very thin intermediate layer between the two materials, our modal design is based on a double core structure, where most of the optical mode is confined in the Si guiding layer, and no taper is required. The Si waveguide on top of the SOI stack is a shallow ridge. A nanostructured material on both sides of the waveguide core ensures the lateral confinement, the nanostructuration geometry being at a sub-wavelength period in order to operate this material well below its photonic gap. It behaves as an uniaxial material with ordinary and extraordinary indices calculated according to the structuration geometry. Such a structuration allows modal and spectral control of the guided mode. 3D modal and spectral simulation have been performed. We have demonstrated, on a double-period structuration, a wavelength selective operation of hybrid optical waveguides. Such a double-period geometry could be included in a laser design for DFB operation. This nanostructuration has larger potential application such as coupled waveguides arrays or selective resonators. We have developed all the technological processing steps for an electrically injected hybrid laser fabrication. Main developments concern dry etching, performed with the Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE technique of both the nanostructuration of the Silicon material, and the mesa of the hybrid laser. Efficient electrical contacts fabrication is also a complex step. First lasers operating performances could be improved. We have investigated a specific design in order to overcome the thermal penalty encountered by all the hybrid devices. This penalty is due to the thick buried oxide layer of the SOI stack that prevents heating related to the current flow to be dissipated. Taking advantage of the electrical transport we have shown at the oxide-free interface, we propose a design where the n-contact is defined on the guiding Si layer, suppressing thermal heating under electrical operation. Such an approach is very promising for densely packed hybrid devices integrated with associated electronic driving elements on Si
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El-Jallal, Said. "Cristaux phoxoniques et propriétés optomécaniques : interaction des photons et des phonons." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10047/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, on étudie l’interaction optomécanique dans les cavités des cristaux phoxoniques définis comme des cristaux à la fois photonique et phononique. Ces structures périodiques peuvent présenter simultanément des bandes interdites absolues pour les ondes électromagnétiques et pour les ondes acoustiques. L’introduction de défauts tels qu’une cavité dans le cristal permet d’obtenir à la fois des photons et des phonons localisés. Ce confinement simultané des deux excitations à l’intérieur d’une même cavité permet d’exalter leur interaction et d’envisager de nouveaux dispositifs acousto-optiques à l’échelle submicronique. Nous avons étudié théoriquement cette interaction optomécanique dans différentes structures de cristaux phoxoniques (2D, plaques et nanoguide structuré). Nous avons mis en évidence l’effet du changement du matériau et de la longueur d’onde incidente sur le couplage optomécanique. Les résultats pour le nanoguide structuré ont été comparés à des résultats expérimentaux réalisés par nos partenaires. Enfin, le couplage phonon-plasmon est abordé à la fois en terme de premiers résultats et de perspectiveIn this thesis, we study optomechanic interactions in phoxonic crystals which are defined as dual phononic/photonic crystals that can exhibit simultaneously phononic and photonic band gaps. The existence of absolute band gaps allows the simultaneous confinement of both waves that, in turn, can produce the enhancement of their interaction for the purpose of novel and high-performance optomechanical and acousto-optic devices and applications. A main objective is the modulation of light by acoustic waves when both excitations are confined inside the same cavity or propagate with a slow group velocity inside a waveguide. We have studied theoretically the optomechanic interactions in different (2D, slabs and strip) phoxonic crystals cavities. We have demonstrated the dependence of these optomechanic interactions as a function of both the nature of the material and the incoming optical wavelength. The results for strip waveguides have been compared with experimental results performed by our partners. Finally, as a perspective, we began to study the phonon-plasmon coupling
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Oden, Jérémy. "Microcavités non linéaires en régime d’excitation cohérente." Thesis, Palaiseau, Institut d'optique théorique et appliquée, 2013. http://www.theses.fr/2013IOTA0005/document.
Full textAbstract:
Les microcavités à grand facteur de qualité et faible volume modal permettent, grâce à un fort effet de confinement de la lumière, le renforcement des interactions lumière-Matière et la réalisation de futurs dispositifs pour le traitement optique de l’information à faible énergie de commande. Ce travail de thèse traite du fonctionnement de microcavités à cristal photonique en régime d’excitation cohérente, basé sur des impulsions dont la relation temps-Fréquence est contrôlée afin de renforcer les interactions non linéaires intracavité.La modélisation de la dynamique non linéaire de ces cavités à l'aide de la théorie des modes couplés, a permis de mettre en avant le rôle des non-Linéarités réfractives sur la réduction des effets de localisation au cours de l'excitation.Nous proposons alors de contrôler la dynamique du champ intracavité par un contrôle de la relation temps-Fréquence des impulsions.Cette excitation dite cohérente, repose sur la mise en œuvre d'un montage de mise en forme d'impulsions, constitué d'un étireur d'impulsions et d'un dispositif de filtrage spectral.La caractérisation non linéaire de nanoguides en silicium a permis, en complément du modèle, la détermination précise des paramètres des impulsions.Nous avons ensuite réalisé la toute première démonstration expérimentale de l'excitation cohérente de microcavités, menant à la fois à un renforcement des interactions non linéaires et une réduction des distorsions subies par les impulsions transmises par la cavitéHigh quality factor and small modal volume microcavities allow, thanks to a strong light confinement, an enhancement of light matter interactions and the realization of low energy consumption devices for optical signal processing.In this work, we study the coherent excitation of nonlinear photonic crystal resonators, which is achieved by controlling the pulse time-Frequency relation, enabling nonlinear interaction enhancement.A modeling of the intra-Cavity nonlinear dynamics is conducted using the coupled mode theory, underlying the nonlinear refractive effects contribution in the intra-Cavity pulse energy reduction and distortion.We show that an appropriate pulse time-Frequency relation allow to compensate for the cavity resonance frequency shift, and to maintain the benefit of light localization during the entire excitation.The pulse shaper, made of a pulse-Stretcher combined with a spectral filter, has been specifically designed.Preliminary nonlinear characterizations of silicon nanowires enable to determine the shaped pulses parameters.A very first experimental coherent excitation of an optical resonator is reported, leading to a nonlinear interaction enhancement, and to the control of both the optical bandwidth and nonlinear dynamics of the cavity
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Guyot, Clement. "Etude, fabrication et caractérisation de cristaux photoniques à hauts facteurs de forme en niobate de lithium pour la réalisation de modulateurs électro-optiques ultra-compacts." Thesis, Besançon, 2015. http://www.theses.fr/2015BESA2008/document.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat a pour but de fabriquer des systèmes électro-optiques compacts en utilisant les propriétés des cristaux photoniques (CP).). Le niobate de lithium (LiNbO3) est très attractif pour les applications optiques (télécommunications optiques, biomédical, astrophysique) car il a de faibles pertes en propagation (0.1 dB/cm ou moins), une faible dispersion en longueur d’onde, une large bande de transparence (350-5000 nm), et des forts coefficients Electro-optiques, non-linéaires et acousto-optiques. Cependant, les composants optiques utilisant ce matériau présentent classiquement un encombrement supérieur au centimètre, ce qui est dommageable pour leur intégration dans des circuits optiques compacts. Nous cherchons à démontrer plus précisément la faisabilité de modulateurs électro-optiques ultra-compacts tout en gardant les performances des modulateurs de type Mach-Zehnder, telles que de faibles pertes d'insertion, une faible tension de commande et un fort taux d'extinction. Nous proposons de remplir ces objectifs par l'usinage de cristaux photoniques à haut facteur de forme sur des guides LiNbO3, en associant découpe à la scie circulaire de précision et gravure par faisceau d'ion focalisé. La configuration s’appuie d’une part sur une tranche fine (ridge) de LiNbO3 qui confine la lumière transversalement, et d’autre part sur l'usinage du CP à haut facteur de forme pour favoriser une forte sensibilité à la présence de champs électriques externes sur des longueurs actives de l'ordre du micromètre. Les hauts facteurs de forme seront obtenus en usinant les ridges sur leur sommet et sur leurs flancs. Un premier enjeu, technologique, est destiné à optimiser les technologies développées à l’institut FEMTO-ST en vue d’applications à l’optique intégrée. Le deuxième enjeu, scientifique, s’agit de mettre en oeuvre une nouvelle configuration de contrôle de la lumière à l’aide d’un cristal photonique, présentant un double usinage sur les flancs et le sommet. C'est la première démonstration expérimentale de nanostructures LiNbO3 à haut facteur de formeThe main goal of this PhD thesis is to fabricate compact electro-optical devices in exploiting the properties of photoniccrystal (PhC). Lithium niobate (LiNbO3) is a very attractive material for optical applications (such as opticaltelecommunication, biomedicine, astrophysics) thanks to its low propagation losses (0.1 dB/cm or less), its weakwavelength dispersion, its large optical bandwidth (350-5000 nm), and its strong electro-optical, non linear and acoustoopticalcoefficients. However, classical LiNbO3-based optical components possess active lengths of several centimers,which is not benefic for their good integration in compact optical circuits.We will focus this study more precisely on the feasibility of ultra-compact electro-optical modulators while keeping theperformances of commercialized LiNbO3 Mach-Zehnder type modulators, like their low insertion losses, their high extinctionratios, and their low power consumptions. To overcome this challenge, we will structure high aspect ratio photonic crystalson lithium niobate waveguides by combining optical grade dicing and focused ion beam milling. The main configuration isbased on the technology of LiNbO3 ridge waveguide in order to confine the light laterally and on the nano-structuration ofhigh aspect ratio photonic crystal on the ridge waveguide to enhance the sensibility to electric field stimuli on a fewmicrometers only. Structuring such high aspect ratio PhC will be possible thanks to focused ion beam milling from thetopside and the lateral side of the waveguide.The first issue is to optimize the technology developed in FEMTO-ST Institute for the fabrication of LiNbO3 integratedcomponents. The second issue is to create new configurations to control the propagation of light. This will be the firstexperimental demonstration of high aspect ratio LiNbO3 nanostructures
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Delhote, Nicolas. "Composants céramiques 3D par procédé de stéréolithographie : solutions de filtrage hyperfréquence innovantes." Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/3703d4dd-1832-49a6-85c5-2a916d7271f2/blobholder:0/2007LIMO4028.pdf.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse ont porté sur la conception et la réalisation de composants céramiques 3D par procédé de stéréolithographie. Ce procédé permet notamment la fabrication de formes complexes tridimensionnelles à base de matériaux céramiques variés. Ces différents composants apportent des solutions de filtrage innovantes aux solutions actuelles. La première partie de ce manuscrit présente les propriétés des cristaux à bande interdite électromagnétique et différentes structures 1D, 2D et 3D existantes. Différentes méthodes de fabrication de ces structures sont de mêmes étudiées. La seconde partie est dédiée à la conception et à la réalisation de résonateurs diélectriques originaux à base d’Alumine fonctionnant dans la bande de fréquence Ku. Le procédé de fabrication choisi pour leur réalisation y est tout particulièrement présenté. La troisième partie est dédiée à la conception et la réalisation de filtres à bande interdite électromagnétique innovants fonctionnant dans la bande Ka. L’utilisation de céramiques telles que la Zircone et le BZT est aussi étudiée. La dernière partie de ce mémoire se concentre sur l’étude de structures 3D à bande interdite électromagnétique de type « tas de bois ». Ces cristaux particuliers sont étudiés afin de proposer des solutions de guidage et de filtrage innovants tout en utilisant différentes céramiques pour leur fabricationThis work is about the design and manufacturing of 3D components made out of ceramic material by stereolithography. This process is able to manufacture complex 3D shapes out of several ceramic materials. These components bring new and innovative filtering solutions to the current ones. The first part presents the particular properties of electromagnetic bandgap materials and several 1D, 2D and 3D structures. Several manufacturing process are as well studied. The second part deals with the design and manufacturing of dielectric resonators made out of Alumina and working in the Ku band. The chosen manufacturing process is more precisely described. The third part presents the design and manufacturing of innovative electromagnetic bandgap filters working in the Ka band. In this part the use of several ceramic materials like the Zirconia and BZT ceramic is particularly studied. Finally the last part is focused on 3D electromagnetic structures called “woodpile”. These particular crystals are studied in order to propose innovative guiding and filtering devices which are made out of several ceramic materials
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Heidmann, Samuel. "Composants actifs en optique intégrée pour l'interférométrie stellaire dans le moyen infrarouge." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENT096/document.
Full textAbstract:
L'observation d'exoplanètes et plus généralement de l'environnement proche de jeunes étoiles représente une double difficulté observationnelle : la faible séparation angulaire entre l'étoile et la planète (ou son environnement tel qu'un disque protoplanétaire) et le contraste de flux. L'une des techniques permettant de surmonter ces difficultés est l'interférométrie en frange noire. Deux télescopes pointent un système étoile planète/disque et les pupilles sont recombinées de telle manière que les photons issus de l'étoile interfèrent destructivement alors que ceux issus de la planète/disque interfèrent constructivement. Les contraintes instrumentales sont très fortes pour garantir une extinction suffisante de l'étoile, tant en terme de différence de marche optique (de l'ordre du nanomètre) que d'équilibre photométrique (4% minimum pour obtenir un taux d'extinction de 40dB). La bande L (3.4 - 4.1μm) est adaptée à l'observation de matière froide, car le rapport de flux entre la planète (ou poussière stellaire) et son étoile présente un minimum de l'ordre de 10−4 après 3μm, ce qui rend la bande L particulièrement attractive pour ce genre d'observations. Parce que les silicates et le verre ne permettent pas de construire des guides atteignant la bande L, il n'existe pas aujourd'hui d'instrument mature fonctionnant dans cette bande en optique intégrée. En effet, les contraintes instrumentales concernant l'interférométrie annulante peuvent être relaxées en utilisant un interféromètre intégré monomode, grâce au filtrage modal. Un instrument interférométrique intégré en bande L serait donc le bienvenu, mais cela nécessite un effort technologique de développement pour mettre au point une méthode de production de guides monomodes en bande L ainsi que de recombineurs intégrés. Mon travail de thèse a consisté à développer de tels guides d'onde ainsi que des recombineurs permettant d'obtenir un taux d'extinction de 10−4 sur la bande L. Le matériau choisi est le Niobate de Lithium (LiNbO3) dont la transparence en infrarouge moyen en fait un parfait candidat. Nous avons utilisé deux méthodes pour fabriquer les guides : l'échange protonique et la diffusion de Titane. Cette dernière méthode permet de guider les deux polarisations T E et T M . Comme le Niobate de Lithium est électro-optique, nous avons aussi travaillé à piloter le retard de phase entre les voies interférométriques de manière intégrée, sans pièce mécanique mobile, en appliquant un champ électrique au niveau du guide via des électrodes "on chip". L'effet électro-optique nous permet non seulement de faire varier la différence de marche entre les voies mais aussi de régler l'équilibre photométrique, ouvrant la voie à la réalisation d'un interféromètre intégré complet, léger, compact et robuste. J'ai donc cherché à caractériser et optimiser l'efficacité électro-optique du système afin d'obtenir une tension de commande inférieure à 15V. Le résultat est un interféromètre de type Y présentant deux Mach-Zehnders en entrée pour le réglage des photométries et offrant un taux d'extinction de 33dB en lumière monochromatique à 3.39μm. Le pilotage électro-optique étant très rapide (> MHz), il devient alors possible de compenser les perturbations de phase induites par l'atmosphère (1kHz) en temps réel. Nous avons ainsi travaillé à construire un démonstrateur qui permet de compenser des retards de phases de l'ordre du kHz sans pièce mobile, garantissant, à 3.39μm, une différence de marche de l'ordre de 3nm. Nous avons aussi réalisé des coupleurs directionnels dont le taux de couplage peut être modulé via une tension de commande. L'application directe de cette technologie est un composant interférométrique 2TABCD ou 3TAC dont les défauts (déséquilibre des coupleurs) peuvent être corrigés par calibrationThe observation of exoplanets and more generally of the close environment of young stars represents an observational double difficulty : the small angular separation between the star and the planet (or its environment such as a protoplanetary disk) and contrast flux. One technique to overcome these difficulties is the nulling interferometry. Two telescopes target a star planet/disk system and the pupils are recombined in such a way that the photons from the star cause destructive interference while those from the planet/disk cause constructive interference. Instrumental constraints are very strong to ensure sufficient extinction of the star, both in terms of optical path difference (of the order of nanometers) than photometric balance (4% for a minimum extinction ratio 40dB). L-band (3.4-4.1μm) is adapted to the observation of cold matter, because the flux ratio between the planet (or star dust) and the star presents a minimum of 10−4 order after 3μm, making the L-band particularly attractive for such observations. Because silicates and glass are not suitable to build guides reaching the L-band, there is currently no mature instrument in this band in integrated optics. Indeed, instrumental constraints on nulling interferometry can be relaxed by using a single-mode interferometer integrated, thanks to modal filtering. An interferometric instrument integrated L-band would be more than welcome, but needs a technology development effort to develop a method of producing L-band single-mode guides as well as integrated beam combiners. My PhD work was to develop such single mode waveguides as well as beam combiners in order to ob- tain an extinction ratio of 10−4 in the L-band. The selected material is lithium niobate (LiNbO3), the mid-infrared transparency makes it a perfect candidate. We used two methods to make the guides : proton exchange and Titanium diffusion. This latter allows to guide both TE and TM polarizations. As Lithium Niobate is electro-optic, we also worked to internally control the phase delay between channels without mobile mechanical part, applying an electric field at the guide via electrodes "on chip". The electro-optical effect allows us to not only vary the optical path delay between channels but also to settle the photometric balance, paving the way towards the realization of an integrated complete interferometer, lightweight, compact and robust. I therefore sought to characterize and optimize the electro-optical efficiency of the system to obtain a command voltage lower than 15V. The result is a "Y" interferometer presenting two Mach-Zehnders as input for photometric adjustment and offering an extinction ratio of 33dB in monochromatic light (3.39μm). Because the electro-optical drive is very fast (> MHz), it becomes possible to compensate for the phase perturbations induced by the atmosphere (1kHz) in real time. We have worked to build a demonstrator which compensates phase delays of the order of kHz without mechanical mobile part and which guarantees, at 3.39μm, an optical path delay around 3nm. We also realized directional couplers whose coupling ratio can be adjusted via a control voltage. The direct application of this technology is an interferometric component 2TABCD or 3TAC whose defects (unbalanced couplers) can be electrically corrected by calibration
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Lee, Ko-Hsin. "Investigation and fabrication of 2D photonic crystals structures for light emission and optical modes control at 1. 55 µm." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112084.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur des composants à cristaux photoniques (CP) bidimensionnels réalisés dans des matériaux à base d’InP pour un fonctionnement dans le domaine 1,55 μm. Au sein du CP, la périodicité de la constante diélectrique génère une bande interdite photonique, domaine de fréquence dans lequel la propagation des modes optiques est interdite. L’introduction de défauts dans le CP permet à certains modes optiques localisés d’exister. De telles structures peuvent alors être utilisées comme brique élémentaire d’un circuit intégré photonique. Nous avons étudié des adaptateurs de mode et des lasers monofréquences ainsi que des guides d’onde sur membrane InP. Les CP sont ici un réseau de trous fabriqués à l'aide de la gravure ionique réactive associée à un plasma à couplage inductif. Dans un plasma Cl2/Ar optimisé, nous avons obtenu une profondeur de gravure de 2,9 μm pour des trous de 250 nm diamètre. Nous avons montré que la présence de N2 dans un plasma contenant du chlore renforce la gravure anisotrope et supprime la rugosité des surfaces gravées, et que l’addition de BCl3 permet d’augmenter la verticalité des trous. Le plasma BCl3/N2 a permis d’obtenir les meilleurs profils et états de surface et une profondeur gravée de 1 μm. Plusieurs géométries d’adaptateurs de mode à CP. Ont été étudiées et leurs spectres de transmission ainsi que la divergence du mode émergent ont été caractérisés et comparés avec les résultats de simulation. La meilleure géométrie conduit à une amélioration de l’efficacité de transmission d’un facteur 4. Les guides W1 sur membrane InP présentent des pertes de propagation de 25 dB/cm pour des fréquences situées sous la ligne de lumièreThis PhD work focuses on two-dimensional photonic crystals (PhC) devices based on InP materials for application around 1. 55 µm wavelength. PhC is a periodic structure in dielectric constant and is characterized by photonic band gap, a frequency domain in which the light propagation is inhibited for certain directions. Introducing defects in the periodicity offers another manner for light guiding and photon localization, which may provide a platform for photonic integrated circuits. The investigated devices include PhC taper waveguides and multiple-constricted-waveguide lasers on InP substrate, and PhC channel defect waveguides on InP suspended membrane. The perforated PhC structures are realized using reactive ion etching technique associated with inductive coupled plasma. A Cl2/Ar plasma has been optimized and demonstrated an etch depth of 1. 9~2. 9 µm for 110~250 nm-diameter holes. We have demonstrated that the addition of N2 into chlorine-containing plasmas can enhance the anisotropic etching and suppress the etched surfaces roughness. In addition, we have shown that adding BCl3 augments the feature verticality. Extremely smooth etched sidewall surfaces are obtained when the etching is performed under the BCl3/N2 plasma; in which an etch depth of 1 µm can be achieved. Several contour geometries of PhC tapers are studied and their transmission spectra and beam divergences are measured and compared with the simulation results. The transmission efficiency can be enhanced by a factor of 4 owing to the proper taper design. As for suspended membrane, a propagation loss of 25 dB/cm has been obtained for W1 PhC waveguide while operating below the air-light line
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Hoang, Thi Hong Cam. "Planar slot photonic crystal cavities for on-chip hybrid integration." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS063/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est une contribution à la modélisation et à l'étude expérimentale de cavités à cristaux photoniques à fente développées en vue d’un intégration hybride de matériaux actifs sur silicium. Parmi les travaux de conception, nous avons d'abord utilisé la méthodes des ondes planes et la méthode des différences finies (FDTD) pour concevoir une série de cavités SOI à hétérostructures, mécaniquement robustes, infiltrées par des liquides d’indices (n environ 1,5), présentant des longueurs d'onde de résonance dans la gamme des télécommunications (1,3 μm - 1,6 μm), des facteurs de qualité de plusieurs dizaines de milliers, et des volumes modaux proches de 0,03 (lambda/n)3. Nous avons ensuite étudié analytiquement et numériquement le couplage entre une cavité à cristaux photoniques à fente et un guide d'onde à fente par la théorie des modes couplés, complétée par des simulations FDTD, qui ont permis de confirmer la possibilité d'exciter efficacement les modes de fente des cavités à partir d'un guide externe. Enfin, nous avons étudié numériquement et semi-analytiquement des géométries de molécules photoniques constituées de deux cavités à cristaux photoniques à fentes couplées, dont l’écart fréquentiel entre les supermodes a pu être ajusté en amplitude et en signe. Nous avons utilisé une méthode perturbative (« Tight binding ») pour estimer les distributions spatiales des modes des molécules photoniques et prédire leurs fréquences dans plusieurs configurations de cavités à cristaux photoniques à fentes couplées.Ce travail exploratoire a été complété par une partie expérimentale qui a porté sur l'étude d'une famille de cavités de hétérostructure à cristaux photoniques à fente. Les cavités à cœur creux fabriquées ont montré des facteurs de qualité (Q) de plusieurs dizaines de milliers, associés à des volumes modaux de l’ordre de V=0,03 (λ/n)^3 après infiltration de la fente et des trous des structures par des liquides d'indice de réfraction proches de 1,46. Des facteurs Q/V supérieurs à 600 000 et atteignant 1 000 000 dans le meilleur des cas (vers lambda=1,3µm) ont ainsi été observés. Cette phase expérimentale préliminaire a donné ensuite lieu à deux types de développements.Tout d'abord, les propriétés des cavités à cristaux photoniques à fentes ont été étudiées pour des applications en détection d'indice en volume, et testées en utilisant différents liquides d'indice de réfraction compris entre 1,345 à 1,545. Les résonateurs étudiés ont présenté des sensibilités de ~ 235 nm / RIU et des facteur de mérite de détection d'indice de l’ordre de 3700, à l’état de l’art pour des résonateurs silicium intégrés à cœur creux.Dans une autre direction, le potentiel des résonateurs diélectriques à fente a été exploré en vue d’une intégration des matériaux actifs sur silicium. Un polymère dopé aux nanotubes de carbone semiconducteurs a été déposé comme matériau de couverture en vue d’étudier le renforcement de la photoluminescence (PL) des nano-émetteurs sous pompage optique vertical à lambda=740nm. Les expériences conduites ont permis de corréler le renforcement de la PL des nanotubes avec les modes de résonance des cavités et de démontrer le couplage partiel de cette PL vers des guides SOI longs de plusieurs millimètres (collection par la tranche vers lambda=1.3µm), apportant une preuve de principe d’une possible intégration des nanotubes émetteurs en photonique sur siliciumThis Ph.D. work is a contribution to the modeling and the experimental study of slot photonic crystal cavities for hybrid on-silicon integration. Among the design works, we first have used plane the wave expansion and finite-difference time-domain methods to design a series of mechanically robust (non-free membrane) SOI slot photonic crystal heterostructure cavities with resonance wavelengths in the telecommunication range, i.e. from 1.3 µm – 1.6 µm, with Q-factors of around several tens of thousands and mode volumes around 0.03(lambda/n)^3 after being infiltrated by cladding materials with typical index values around 1.5. We have then analytically and numerically studied the coupling between a slot photonic crystal cavity and a slot photonic crystal waveguide by using the coupled mode theory and FDTD simulation. Then we confirmed the ability to excite the cavity slot modes from a waveguide by using FDTD simulation. Finally, as a preliminary step towards the use of several coupled slotted cavities for future hybrid integration schemes, we have numerically and semi-analytically investigated photonic molecules made of two coupled slot photonic crystal cavities providing two different supermodes (bonding and antibonding ones) with controllable wavelength splitting. We successfully employed the tight-binding (TB) approach, which relies on the overlap of the two tightly confined cavity electric fields, to predict the supermodes frequencies and spatial distributions in several coupled slot photonic crystal cavity configurations.This exploratory work was supplemented by an experimental part, which focused on the investigation of a family of slot photonic crystal heterostructure cavities. The fabricated silicon on insulator hollow core cavities showed quality factors of several tens of thousands, i.e. from 18,000 to 31,000 and mode volume V of ~0.03(λ/n)3 after being infiltrated with liquids of ~1.46 refractive index, yielding Q/V ratio larger than 600,000, and reaching 1,000,000 in the best case (at λ ≈ 1.3 μm).This preliminary experimental stage gave rise to two types of additional developments.Firstly, the properties of the studied slot photonic crystal cavities have been investigated for index sensing applications by using different liquids with refractive index values ranging from 1.345 to 1.545. The considered photonic crystal resonators have demonstrated quality factors of several tens of thousands with sensitivities of ~235 nm/RIU and index sensing FOMs around 3,700, i.e. at the state of the art considering hollow core silicon integrated resonators.Secondly, in the view of the integration of active materials on silicon, the potential of these hollow core nanoresonators has been considered to enhance the photo-luminescence (PL) of semiconductor single-walled carbon nanotubes (SWNTs) integrated in thin films deposited on top of silicon. We have brought the first experimental demonstration of SWNTs PL collection (around lambda=1.28 µm) under vertical pumping at short wavelength (lambda=740 nm) from a slotted resonator into millimeter long integrated silicon waveguides, providing a first proof-of-concept step towards nanotube/Si-PhC integration as an active photonic platform. The reported works demonstrate the feasibility of integrating telecommunication wavelength nanotube emitters in silicon photonics as well as emphasize the role of slot photonic crystal cavities for on-chip hybrid integration
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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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Brieussel, Alexandre. "Mini squeezers towards integrated systems." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066104/document.
Full textAbstract:
Les états comprimés de lumière sont des états quantiques qui peuvent être utilisés dans de nombreux protocoles pour le calcul quantique et la communication quantique. Leur génération en laboratoire a déja été étudiée au paravant, mais ils manquent en general encore de compacité et de praticitalité pour une intégration facile dans des expériences plus grandes. Cette thèse considère deux expériences: celle menée en France, le miniOPO; et celle menée en Australie, le SquOPO. Les deux sont de nouvelles conceptions de sources compactes d' état de lumière comprimé dans l'optique d'une integration future. Le miniOPO est une cavité linéaire d'une longueur de 5 mm entre l'extrémité d'une fibre et un miroir incurvé avec un cristal de PPKTP de 1 mm à l'intérieur. Le vide comprimé généré dans cette cavité est couplé dans la fibre pour pouvoir être envoyé vers un systeme de mesure, (dispositif homodyne) ou vers une plus grande expérience. La cavité est résonnante pour la frequence de lumiere comprimé et pour celle de la pompe. Le systeme est verrouillé en fréquence en utilisant des effets auto-verrouillant du à l'absorption de la pompe dans le cristal. La double résonance est obtenue en changeant la température du cristal. Deux fibres différentes ont été testées dans cette expérience, une fibre mono-mode standard, et une fibre photonique mono-mode avec un diametre de mode plus important. Le vide comprimé obtenu est encore assez faible (0.5dB avec la fibre standard et 0.9dB pour la fibre photonique), mais un certain nombre d'améliorations sont étudiées pour augmenter ces niveaux dans l'avenir. Le SqOPO est une cavité carrée monolithique dans un cristal de niobate de lithium. En utilisant quatre réflexions total internes sur les quatre faces du crystal, il est possible de definir un mode optique de cavité pour la frequence du vide comprimé et celle du mode de la pompe. La lumière est couplée dans le résonateur en utilisant une frustration de la réflexion interne par des prismes. La distance entre les prismes et le résonateur défini la force du couplage de la lumière, ce qui nous permet de contrôler la la finesse de la lumière dans le résonateur. En utilisant des prismes biréfringents, il est possible de controler indépendamment la finesse des deux fréquences dans le résonateur pour atteindre un régime optimum. Comme pour le MiniOPO, La fréquence de resonance de la cavité est verouillé grace à l' absorption de la lumière de pompage dans le résonateur, ce qui permet d' atteindre l'auto-verrouillage. La double résonance est contrôlée par le réglage de la température du cristal. et la position des prismes. Nous avons démontré 2.6dB de vide comprimé avec ce système. Encore une fois, la quantité de compression est faible, mais des améliorations qui pourraient être mises en œuvre dans l'avenir sont discutéesSqueezed states of light are quantum states that can be used in numerous protocols for quantum computation and quantum communication. Their generation in labora- tories has been investigated before, but they still lack compactness and practicality to easily integrate them into larger experiments. This thesis considers two experiments: one conducted in France, the miniOPO; and one conducted in Australia, the SquOPO. Both are new designs of compact sources of squeezed states of light towards an integrated system. The miniOPO is a linear cavity of 5mm length between the end of a fiber and a curved mirror with a PPKTP crystal of 1mm inside it. The squeezing generated in this cavity is coupled into the fiber to be able to be brought to a measurement device (homodyne) or to a larger experiment. The cavity is resonant for the squeezed light and the pump light, and locked in frequency using self-locking effects due to absorption of the pump in the crystal. The double resonance is achieved by changing the temperature of the crystal. Two different fibers have been tested in this experiment, a standard single-mode fiber and a photonic large core single-mode fiber. The squeezing obtained is still quite low (0.5dB with the standard fiber and 0.9dB for the photonic fiber) but a number of ameliorations are investigated to increase these levels in the future. The SqOPO is a monolithic square cavity made in a Lithium Niobate crystal using four total internal reflections on the four faces of the square to define an optical mode for the squeezed mode and the pump mode. The light is coupled in the resonator using frustrated internal reflection with prisms. The distance between the prisms and the resonator defined the coupling of the light, which allows us to control the finesse of the light in the resonator and by using birefringent prisms it is possible to tune independently the two frequencies in the resonator to achieve an optimal regime. The frequency of the light is locked using absorption of the pump light in the resonator to achieve self-locking, and double resonance is controlled by tuning the temperature of the crystal. We demonstrated 2.6dB of vacuum squeezing with this system. Once again, the amount of squeezing is low, but ameliorations that could be implemented in the future are discussed
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Massé, Pascal. "Cristaux photoniques colloïdaux d'architecture contrôlée." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00265897.
Full textAbstract:
Ce manuscrit décrit l'élaboration de cristaux photoniques d'architecture contrôlée par l'assemblage de particules colloïdales. Nous avons présenté tout d'abord les voies de synthèse des particules colloïdales monodisperses minérales et organiques ainsi que les méthodes d'élaboration de cristaux photoniques colloïdaux d'épaisseur homogène. La qualité cristalline des édifices a été caractérisée par microscopie électronique à balayage et leurs propriétés optiques enregistrées par spectroscopie proche infrarouge. Dans le but de moduler l'architecture des matériaux, nous avons aussi fabriqué des hétérostructures en superposant deux cristaux colloïdaux de particules de diamètres différents, ou inséré de façon parfaitement contrôlée au sein des édifices des défauts planaires, matérialisés par des monocouches de particules de diamètres ou de natures différentes. Une étude de la relation structure - réponses optiques des différents matériaux a été systématiquement menée et met en évidence la diversité des propriétés optiques qui peuvent être obtenues en modulant précisément l'architecture des cristaux photoniques élaborés.
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Zeng, Yijia. "Circuits photoniques III-nitrure avec des cristaux photoniques et des microdisques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS070.
Full textAbstract:
Les semi-conducteurs nitrures d'éléments III type GaN, AlN sont des matériaux extrêmement intéressants pour la photonique intégrée sur silicium. Ils sont transparents sur une gamme très étendue et possèdent des susceptibilités non linéaires non nulles, ce qui rend possible les expériences non linéaires d'ordre deux et d'ordre trois. Dans ce contexte, cette thèse a été consacrée à l'étude de circuits photoniques avec des micro-résonateurs tels que les cristaux photoniques et les microdisques en matériau GaN/AlN épitaxiés sur Si. Le dessin des microcavités et des procédés de fabrication ont été optimisés afin d’obtenir un mode résonant dans le proche infrarouge avec un facteur de qualité jusqu'à 34000 pour les cristaux photoniques et 80000 pour les microdisques. J’ai étudié sur ces circuits photoniques les propriétés de conversion harmonique telles que la génération de seconde harmonique (SHG) et la génération de troisième harmonique (THG). En utilisant les propriétés de la THG, en combinant simplement un objectif optique et une caméra CCD, j'ai effectué l'imagerie des modes de cristaux photoniques du proche infrarouge avec une résolution spatiale sub-longueur d'onde (300 nm). J'ai également effectué l'imagerie de SHG sur des microdisques avec une excitation optique en résonance avec un mode de galerie pour le laser pompe. La dernière partie porte sur l'étude de la SHG en accord de phase entre les modes TM-0-0-X et TM-0-2-2X en variant le diamètre du disque avec un pas extrêmement faible (8 nm). Cela a été effectué pour des modes résonants de facteurs de qualité autour de 10000. Ces résultats montrent le potentiel des semi-conducteurs de III-nitrures pour la réalisation de circuits optiques sur silicium à deux dimensionsNitride semiconductors are extremely interesting for integrated photonics on silicon. They have a large transparent window and dispose of non zero nonlinear susceptibilities which enable second and third order nonlinear experiments. In this context, this thesis has been devoted to integrated photonic circuits with microresonators such as photonic crystals and microdisks. The microcavity design and the fabrication process have been optimized in order to obtain a near infrared resonant mode with a quality factor up to 34000 for photonic crystals and 80000 for microdisks. I carried out harmonic conversion experiments such as second harmonic generation (SHG) and third harmonic generation (THG). With THG, by combining simply an optical objective and a CCD camera, I carried out near infrared photonic crystal modes imaging with a subwavelength spatial resolution (300 nm). I also did SHG imaging on microdisks with an optical excitation in resonance with the gallery mode for the pump laser. The last part of the work is dedicated to the demonstration of phase-matched SHG in microdisk photonic circuits between the TM-0-0-X and TM-0-2-2X modes by varying the microdisk diameter with a very small step (8 nm). These experiments have been done for resonant modes with quality factors around 10000.These demonstrations show the potential of III-nitride semiconductors for the realization of two dimensional optical circuits on silicon
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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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Manzanares, Martinez Jesús. "Modélisation de cristaux photoniques à base d'opales." Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20067.
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