Dissertations / Theses: 'Guides d’onde'

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Starecki, Florent. "Epitaxie de LiYF4 dopé Pr3+ pour laser en guide d’onde." Caen, 2013. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00939199.

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Abstract:

Dans un contexte de miniaturisation de sources laser à base de matériaux diélectriques pour des systèmes photoniques intégrés, ce travail de thèse porte sur le développement de sources lasers compactes dans le domaine visible basées sur des guides d’onde de fluorures dopés avec un ion de terre rare, le praséodyme. L’étude de la luminescence de cet ion a permis de confronter la théorie de Judd-Ofelt aux résultats expérimentaux, en proposant des extensions pour mieux décrire le cas particulier de l’ion praséodyme vis-à-vis de cette théorie. La partie centrale de ce travail traite de cristallogenèse des fluorures, d’abord sous forme de cristaux massifs par la méthode de Czochralski, puis sous forme de couches minces déposées par la technique d’épitaxie en phase liquide. Cette technique de croissance a été développée et optimisée au cours de ce travail de thèse, et a conduit à l’épitaxie de couches de fluorures dopés terres rares de qualité optique remarquable. Des couches actives de LiYF4 dopé par les ions de terres rares Pr3+ et Tm3+ ont permis de réaliser des émetteurs lasers compacts émettant dans le visible, ce qui constitue un première. Par ailleurs, des lasers en guide d’onde ont aussi été démontrés dans le proche infrarouge avec une excellente efficacité. Ces résultats ouvrent la voie vers l’intégration de lasers en guide d’onde à des systèmes plus complexes pompés, par exemple, par des diodes à base de InGaN et permettant de réaliser des sources Rouge-Vert-Bleu (RVB) compactes et efficaces. Des lasers impulsionnels très compacts, à hauts taux de répétition dans le proche infrarouge sont aussi directement envisageables en utilisant des dopages Yb3+ ou Tm3+
The aim of this PhD thesis work is to develop visible compact laser sources based on rare earth doped fluoride waveguides. Firstly, the Judd-Ofelt theory for the praseodymium ion case had been investigated, and several interesting methods and results are shown. The main part of this work is about the growth of fluoride crystals, using the Czochralski technique to grow bulk crystals, and the liquid phase epitaxy (LPE) to grow layers. This liquid phase epitaxy technique has been optimized to grow high quality fluoride layers. The first visible compact lasers were achieved from layers activated with Pr3+ and efficient infrared lasing was obtained using Tm3+. These results are promising for the integration of such waveguide lasers to more complex and integrated laser systems. These RGB devices could be pumped by GaN pumping sources to achieve efficient laser operation. Using the waveguide configuration, high repetition rates lasers in the infrared could be either achieved using Yb3+ or Tm3+ rare earths ions

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Fevrier, Mickaël. "Couplage entre un guide d’onde diélectrique et un guide à plasmon de surface localisé : conception, fabrication et caractérisation." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112040/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse présente une étude théorique, numérique et expérimentale de l’intégration sur un guide d’onde diélectrique de chaînes de nanoparticules d’or supportant des résonances « plasmon de surface localisé ». Les guides d’onde à plasmon de surface localisé procurent un confinement sub-longueur d’onde de la lumière, ce qui permet d’envisager la réalisation de composants optiques ultra-compacts. Cependant, leurs pertes optiques élevées restreignent leur application à de courtes distances de propagation, contrairement aux guides d’onde diélectriques. Une combinaison judicieuse des deux types de guide doit donc permettre de bénéficier de leurs avantages respectifs. Dans un premier temps, nous avons étudié théoriquement les propriétés des chaînes des nanoparticules grâce à un modèle analytique basé sur l’approximation de dipôles ponctuels couplés, que nous avons développé. Cette étude a permis de déterminer la forme et les dimensions des nanoparticules qui ont ensuite été introduites dans un logiciel de FDTD pour simuler le couplage entre la chaîne de nanoparticules et le guide diélectrique (SOI ou en Si3N4). De cette étude numérique, nous avons déduit les géométries des structures à fabriquer. Les structures réalisées ont été caractérisées à l’aide d’un banc de transmission résolue spectralement, mis en place pendant cette thèse, et d’un système de mesures en champ proche optique en collaboration avec le LNIO (Troyes). Pour la première fois, nous avons montré expérimentalement les propriétés d’une chaîne courte de nanoparticules intégrée sur un guide SOI, ainsi que le phénomène de guides couplés entre une chaîne longue de nanoparticules et un guide SOI. Une valeur record de la constante de couplage a été obtenue, et ce, aux longueurs d’onde des télécoms (proche infrarouge). L’énergie lumineuse transportée par le mode TE du guide SOI peut ainsi être entièrement transférée au guide plasmonique en 4 ou 5 nanoparticules, soit une distance de propagation de moins de 600 nm. Nous avons également étudié les propriétés de réseaux de Bragg à base de plasmon de surface localisé en confrontant les résultats de mesures de transmission résolue spectralement aux résultats théoriques d’un modèle analytique basé à la fois sur l’approximation de dipôle ponctuel en régime quasi-statique et la théorie des modes couplés. Ces travaux ouvrent la voie à des applications de pinces optiques, de capteurs ou de spaser, qui bénéficieront de l’intégration de nanoparticules métalliques dans les circuits photoniques
This PhD work presents a theoretical, numerical and experimental study of the integration of a gold nanoparticle chain supporting "localized surface plasmon resonances" on a dielectric waveguide. The localized surface plasmon allows a sub-wavelength confinement of light which could lead to the achievement of ultra-compact optical components. However, the high level of optical losses restricts their application to short propagating distances unlike dielectric waveguides. A judicious combination of both types of guides should therefore allow taking profit of their respective advantages. Firstly, we have theoretically studied the properties of nanoparticles chains using an analytical model that we have developed following the coupled dipoles approximation. This has helped us to determine the shape and size of nanoparticles, which have been further used in a FDTD software, to simulate the coupling between the chain and the dielectric waveguide (SOI or Si3N4). Using this numerical study, we have deduced the geometries of structures to be fabricated. The realized structures have been characterized using a spectrally resolved transmission set-up, built during this thesis, and an optical near field measurement set-up (collaboration LNIO Troyes). For the first time, we have experimentally shown the properties of short nanoparticle chains integrated on a SOI waveguide as well as the existence of a coupled waveguide phenomenon between long nanoparticle chains and SOI waveguides. A record value has been obtained for the coupling constant at telecom wavelengths (near infrared). The light energy carried by the TE mode of the SOI waveguide can be completely transferred into the plasmonic waveguide via the first 4 or 5 nanoparticles of the chain, which means a distance of less than 600 nm. We have also studied the properties of Bragg gratings based on localized surface plasmon. Experimental results from spectrally resolved transmission measurements have been compared to theoretical results obtained from an analytical model based on the point dipole approximation in quasi-static regime, on one hand, and using the coupled mode theory, on the other hand. This work opens the way for applications to optical tweezers, sensors or spasers, which will benefit from the integration of metal nanoparticles in photonic circuits

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Jamadi, Omar. "Spectroscopie de condensats polaritoniques dans des microcavités et guides d’onde à base de GaN et ZnO." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC031/document.

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Abstract:

Ce manuscrit de thèse est consacré aux condensats de polaritons dans deux semi-conducteurs à grand gap : GaN et ZnO. La première partie de ce travail se concentre sur l’étude par spectroscopie optique de deux microcavités planaires (une de GaN, l’autre de ZnO) présentant des structures et des propriétés photoniques identiques. Le régime de couplage fort lumière-matière et l’effet laser à polaritons ont pu être observés de 5 K à 300 K pour les deux microcavités. La réalisation de diagrammes de phase a mis en évidence l’impact variable des résonances avec les phonons LO sur l’abaissement du seuil laser. L’étude de la microcavité GaN a été poussée jusqu’à 350 K et nous avons pu démontrer, pour la première fois à cette température, la persistance du couplage fort et du laser à polaritons pour des conditions d’excitations optimales. La deuxième partie de ce travail est focalisée sur des guides d’onde de ZnO. Outre l’observation du régime de couplage fort de 5 K à 300 K, notre étude a pu mettre en exergue un phénomène laser inédit dans cette géométrie : le laser à polaritons horizontal
This manuscript is devoted to polariton condensates in two wide band gap semiconductors: GaN and ZnO. The first part of this work focuses on the study by optical spectroscopy of two planar microcavities (one of GaN, the other of ZnO) sharing the same structure and the same photonic properties. The strong coupling and polariton lasing regime have been observed from 5 K to 300 K in both microcavities. The realization of phase diagrams has pointed out the inconstant impact of resonances with LO phonons on the lowering of the laser threshold. The study of the GaN microcavity has been pushed to 350 K and we have demonstrated, for the first time at this temperature, the persistence of the strong coupling regime and the polariton laser under optimal excitation conditions. The second part of this work is focused on ZnO waveguides. Besides the observation of strong coupling regime from 5 K to 300 K, our study has highlighted a new lasing effect in this geometry: the horizontal polariton laser

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Roblin, Matthieu. "Modélisation numérique et imagerie optique en champ proche par rétro-injection laser de guides d’onde plasmoniques." Caen, 2013. http://www.theses.fr/2013CAEN2063.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l’étude théorique et expérimentale de guides d’onde plasmoniques fonctionnant à la longueur d’onde de 1,55µm. Ces guides d’onde plasmoniques sont envisagés comme interconnexions optiques avec un confinement latéral sub-longueur d’onde. Différents codes de simulations ont été développés à la fois comme outils de prédiction pour la conception des composants mais également pour comparer systématiquement les résultats du calcul avec les mesures expérimentales. Un premier modèle 2D basé sur une approche multicouche a été utilisé pour identifier les modes plasmoniques sur des structures planaires. Un solveur de mode a ensuite permis de déterminer les modes propres dans des guides d’onde plasmoniques de formes diverses. Finalement, ces deux codes ont été utilisés pour implémenter une source optique dans un code FDTD (Finite-Difference Time-Domain) utilisé pour simuler numériquement, par éléments finis, des structures plasmoniques en 2D ou 3D. Deux catégories de guides d’onde plasmoniques ont été fabriquées par lithographie par faisceaux d’électrons. Un montage de microscopie en champ proche SNOM fonctionnant par étro-injection laser a été pour caractériser expérimentalement les propriétés optiques de ces structures. La première catégorie est constituée de bandes métalliques en or caractérisées par une longueur de propagation élevée mais un confinement latéral limité. La seconde catégorie est constituée par des rubans en polymère déposés sur une couche d'or. Ces guides, dits DLSPP, présentent un confinement optique sub-longueur d’onde qui permet de combler l’écart d’échelle entre des composants optiques et des circuits intégrés électroniques
This thesis is focused on the theoretical and experimental study of plasmonic waveguides operating at a wavelength of 1. 55µm. Such plasmonic waveguides are investigated for optical interconnections with sub-wavelength lateral confinement. Several computational codes have been developed as predictive tools for the design of structures but also for systematic comparisons with experimental measurements. First, a 2D model based on multilayer approach was used to identify and characterize plasmonic modes on planar waveguides. A mode solver was also developed to determine the eigenmodes in plasmonic waveguides with various transverse shapes. Finally, these two codes have been re-used to implemente the optical source in a numerical model based on Finite-Difference Time-Domain (FDTD) approach. This final model was used to simulate numerically plasmonic structures both in 2D or 3D. Two categories of plasmonic waveguides have been processed by electron beam lithography. A scanning near-field optical microscope (SNOM) based on laser feedback interferometry has been used to observe experimentally the optical properties in these structures. The first waveguiding structures were based on metallic stripes, with propagation length up to few hundred of µm but at low lateral confinement. The second series of waveguiding structures was based on DLSPP consisting of a sub-wavelength polymer ridge deposited on a gold layer. Such DLSPP optical waveguides allow sub-wavelength lateral light confinement and are investigated as efficient interconnection between highly integrated electronic devices and optical links

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Cracowski, Jean-Marc. "Synthèse et caractérisation de (co)polymères halogénés pour l’optique linéaire : application à la réalisation d’un guide d’onde." Le Mans, 2008. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2008/2008LEMA1024.pdf.

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Abstract:

Les polymères halogénés constituent une classe de polymères particulièrement intéressante pour des applications en tant que guide d'onde en raison des propriétés remarquables qu'ils possèdent. Dans le cadre des travaux de cette thèse, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la synthèse et la caractérisation de (co)polymères acryliques halogénés, de type poly(alpha-fluoroacrylate)s, poly(alpha,beta-difluoroacrylate)s ainsi que poly(alpha-trifluorométhacrylate)s. De nouveaux monomères acryliques, l'acide alpha, beta-difluoroacrylique et l' alpha-fluoroacrylate d'hexachloroisopropyle, ont été synthétisés, puis leur polymèrisation a été étudiée. D'autre part, plusieurs séries de copolymères ont été synthétisées à partir d' alpha-fluoroacrylates, d' alpha-trifluorométhacrylates et d'un éther vinylique fluoré afin d'obtenir des matériaux possédant une haute Tg (> 110 °C), une bonne stabilité thermique (Td > 300 °C) et une large gamme d'indices de réfraction, compatibles avec l'application visée. Finalement, un guide d'onde en poly(alpha-fluoroacrylate de trichloroéthyle) a été réalisé et ses propriétés en termes d'atténuation optique et de mise en oeuvre ont été étudiées
There is a great potential for the use of polymeric materials for communication systems and considerable interest has been focused on polymer waveguides because of their fabrication process at low temperature, their tunable optical and mechanical properties, and mass production possibility. Among the polymeric materials developed as potential waveguides, fluorinated polymers are of particular interest because of their unique properties. This work reports the synthesis and the characterization of halogenated acrylic (co)polymers. New acrylic monomers, alpha, beta-difluoroacrylic acid and hexachloroisopropyl alpha-fluoroacrylate, have been synthesized and their polymerization has been studied. Several series of copolymers have been obtained from alpha-fluoroacrylates, alpha-trifluoromethacrylates and a fluorinated vinyl ether leading to materials with an high Tg (> 110 °C), a good thermal stability (Td > 300 °C) and a broad range of refractive indices, in agreement with the aimed application. Finally, a poly(2,2,2-trichloroethyl alpha-fluoroacrylate) waveguide has been realized and its properties in terms of optical absorption and process have been studied

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Parment, Frédéric. "Guides d’onde Intégrés au Substrat (SIW) multicouches à haute performance pour des circuits millimétriques à faible coût." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT077/document.

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Abstract:

La technologie SIW, introduite dans les années 2000, suscite aujourd’hui un très vif intérêt pour la conception de circuits micro-ondes compacts, intégrés, faible coût et blindés par nature. Cependant, les guides d’onde métalliques, qui offrent de bien meilleures performances en termes de pertes d’insertion et de tenue en puissance, malgré un coût bien plus important, sont encore incontournables pour de nombreuses applications millimétriques. Afin de proposer une alternative intégrée et faible coût au guide d’onde rectangulaire, et de permettre une large exploitation du spectre millimétrique, cette thèse propose une nouvelle structure SIW appelée SIW creux. Cette nouvelle structure a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Aux fréquences millimétriques, comparativement au SIW, le SIW creux offre des pertes d’insertion trois fois plus faible ainsi qu’une tenue en puissance moyenne quatre fois plus importante. De nombreux dispositifs passifs SIW creux ont été conçus en prenant avantage du procédé de circuit imprimé multicouche mis en œuvre. Des coupleurs, déphaseurs, diviseurs de puissance, antennes et filtres ont été réalisés basés sur la technologie introduite. Leurs performances sont théoriquement et expérimentalement comparées avec leur contrepartie SIW afin de démontrer les avantages de la nouvelle technologie proposée
The substrate integrated waveguide (SIW) technology, introduced in the early 2000s, has presently trigged a huge interest from academia to industry with the focus on the design and development of low-loss, compact, integrated, self-packaged and low-cost microwave and millimeter-wave circuits, antennas and systems. However, the classical metallic waveguide technology, which offers better performances such as lower insertion loss and higher power handling, has still been used in the design of microwave and millimeter-wave systems, despite its higher cost and bulky structure. To offer a highly integrated, further loss-reduced, low-cost alternative to the conventional waveguide and also to allow a wide-spread use of the millimeter-wave spectrum, this thesis research introduces a new SIW structure called Air-Filled SIW (AFSIW). This new structure has been theoretically and experimentally studied in details with a substantial amount of results. At millimeter wave frequencies, compared to the SIW topologies, the proposed AFSIW scheme exhibits a substantially lower insertion loss (three times, for example) and a much higher average power handling capability (four times, for example). Numerous AFSIW passive components have been investigated designed and demonstrated, which take advantages of the well-established multilayer printed circuit board (PCB) fabrication process. Couplers, phase shifters, power dividers, antennas and filters have been modeled, designed, prototyped and measured based on the introduced technology. Their performances have theoretically and experimentally been compared with their SIW counterparts to demonstrate and validate the benefits of the proposed technology

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Geoffray, Fabien. "Étude et réalisation par échange d’ions sur verre de guides d’onde à fort confinement pour des applications non-linéaires." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GRENT008/document.

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Abstract:

L’optique intégrée sur verre est une technologie mature dont les nombreuses applica-tions vont des télécommunications optiques aux capteurs. L’amélioration constante des per-formances des dispositifs réalisés est basée sur une densification des fonctions et donc uneréduction des dimensions des guides d’onde ainsi qu’une augmentation de la densité de puis-sance que ceux-ci transportent. Dans ce travail, nous avons donc étudié les performancesultimes de la technologie de l’échange d’ions argent/sodium sur verre en matière de confi-nement et de longueur de propagation. En particulier, dans le cas de la génération d’effetsnon-linéaires, nous avons mis en évidence la nécessité de trouver un compromis entre ces deuxaspects. Nous démontrons alors que les performances des guides d’onde obtenus par échanged’ions argent/sodium sont intrinsèquement limitées par les pertes optiques attribuées à laprésence d’argent métallique. Ceci se traduit par la présence d’un seuil d’endommagementà fortes densités de puissances. Pour dépasser cette limitation nous avons proposé et ini-tié alors un changement radical de technologie dont nous présentons les premiers résultatsobtenus par échange thallium/sodium sur un verre spécifiquement développé
Glass integrated optics is a key enabling technology which applications range from opticaltelecommunications to sensors. The steady improvement of devices performances is sustainedby an increasing functions density and thus smaller waveguides supporting higher powerdensities. In this work we investigate the ultimate performances in terms of confinementand propagation length of the silver/sodium ion-exchanged waveguides fabricated on glasstechnology. In particular, a trade-off between these two features has been highlighted inthe case of nonlinear effects. We then demonstrate that the performances of silver/sodiumion-exchanged waveguides are mainly limited by optical losses introduced by metallic silveraggregates even for buried low-losses waveguides. Hence the waveguides exhibit a damagethreshold for high power densities. To overcome this limitation a major technology changehas been initiate and we present the first results obtained by thallium/sodium ion exchange

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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.

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Abstract:

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 adaptés
The 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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Cao, Lei. "Optimisation de la détection térahertz (THz) par plasmons bidimensionnels (2D) dans des hétérostructures et de la propagation THz dans des guides d’onde planaires." Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112014/document.

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Abstract:

Dans la gamme de fréquence térahertz (THz), les sources et les détecteurs couramment utilisés en optique et en électronique présentent une chute de performances. Mon travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la recherche de composants THz peu onéreux, compacts, accordables en fréquence et facile à intégrer. Le premier volet de mon travail de thèse concerne la détection THz et met à profit le couplage entre une onde incidente THz et des plasmons d’un gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG) via des réseaux métalliques déposés au-dessus d’hétérostructures. Quatre puits quantiques à base de semi-conducteurs III/V(AlGaN/GaN, AlGaAs/GaAs, InAlN/GaN) et IV/IV (SiGe/Si/SiGe) ont été étudiés. Parmi les hétérostructures envisagées, celles réalisées à partir de matériaux III-N présentent les plus fortes résonances. Des mesures de spectre de transmission ont été effectuées avec un spectromètre à transformée de Fourier (FTIR) à température ambiante et cryogénique. Les modélisations numériques sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Une étude sur l’influence de la distribution homogène ou inhomogène du gaz d’électrons 2D est présentée. Le deuxième volet de la thèse concerne l’optimisation de la transmission THz. Les performances (dipsersions et les pertes) des guides d'onde planaires sont mal connues au THz. Nous avons choisi d’étudier des guides d’onde couramment utilisés en hyperfréquence. Dans un premier temps, la dispersion et les pertes (rayonnement, conduction et diélectrique) de lignes coplanaires (CPW) sur substrat polymère (BCB = benzocyclobutène) et substrat semiconducteur (InP) obtenues grâce à des modélisations numériques (Ansoft HFSS) entre 20 GHz et 1 THz sont présentées. Puis d’autres types de guides ont été envisagés tels que les lignes micro-ruban, à fente et triplaques sur substrat BCB avec HFSS et CST MWS. Leurs performances ont été comparées afin de dégager la structure la plus performante au THz. Des mesures entre 340 et 500 GHz ont pu aussi être réalisées pour les guides CPW. La comparaison avec les données numériques a montré un bon accord
In the THz frequency gap between electronics and optics, the development of compact, tunable, less costly and room temperature operating sources, detectors, amplifiers and passive devices is growing. Electronic devices based on two dimensional (2D) plasmons in heterostructures open up the possibility of tunable emission and detection of THz radiation. For short distance THz transmission, the increased radiation loss as well as other types of loss (dielectric and ohmic loss) may handicap the applications of conventional planar waveguides well studied in the microwave band. Reevaluation of their propagation properties and comprehension of the physical nature of each kind of loss are necessary.This work is divided into two main sections. The first part deals with the optimization of THz resonant detection by quasi 2D plasmons-polaritons (PP) in the quantum wells (QW) among four heterostructures: III-V (AlGaN/GaN, InAlN/GaN, AlGaAs/GaAs) and IV-IV (SiGe/Si/SiGe). With the aid of metallic grating coupler, both ANSOFT HFSS and an indigenously developed program are used to investigate quantitatively the influences of structural parameters (grating period, metal strip width and thickness of barrier layer) and natural properties of 2D plasmons (electron concentration and mobility) on the PP resonances (frequency and amplitude) up to 5 THz. Transmission spectra of sample AlGaN/GaN have been measured by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) in 0.6-1.8 THz for various metal widths and at different temperatures to compare with the simulated results. At last, two types of modulated 2D electron gas in AlGaAs/GaAs are analyzed. One is the natural electron variation below and between metal fingers due to the difference between the barrier height at the interface metal/semiconductor and Fermi level pinning at the interface air/semiconductor. The other type is the forced modulated 2DEG by biasing voltage on metal fingers. These two parametric studies allow us to analyze and tune the frequency and amplitude of the THz detection. The second part separately studies the dispersions and attenuations of four waveguides (CPW, Microstrip, Stripline and Slotline) with the variation of geometric dimensions and properties of dielectric and metal by ANSOFT HFSS and CST MWS. Their performances are compared until 1 THz based on the same characteristic impedance. The advantages and the limitations of each waveguide are outlined and an optimal THz transmission line is proposed. Furthermore, preliminary measured attenuation of CPW in the frequency range 340-500 GHz are demonstrated and compared with numerical results. The design of transitions for adapting experimental probes by HFSS and the de-embedding method for extracting scattering and attenuation parameters of CPW by ADS are also presented

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Oukraou, Hassan. "Gradually detuned coupled waveguides for quantum-like robust light transfer and splitting." Thesis, CentraleSupélec, 2018. http://www.theses.fr/2018CSUP0007.

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Abstract:

La propagation d'ondes dans des guides d'ondes couplés peut être décrite par la théorie des modes couplés. Ce formalisme est mathématiquement analogue à l'équation de Schrödinger dans l'approximation des ondes tournantes (RWA) qui décrit la dynamique quantique du transfert de population entre des états atomiques couplés. Ces analogies ont été précédemment étudiées dans des systèmes de guides couplés possédant un indice effectif constant. Ces systèmes sont parfaitement analogues aux systèmes quantiques couplés en résonance. Nous étendons ce type d'études à des systèmes optiques possédant un paramètre de contrôle supplémentaire via la modulation longitudinale des constantes de propagation. Ces configurations sont analogues aux systèmes quantiques couplés avec une excitation variable et non résonnante. Le transfert de population entre les états atomiques est contrôlé par les fréquences de Rabi et le désaccord de fréquence entre le laser couplant les niveaux et la fréquence de transition. Et en optique, le transfert de lumière entre les guides est ajusté et contrôlé grâce aux constantes de couplage et de propagation des modes.Dans cette thèse, nous exploitons ces analogies pour réaliser des transferts robustes et adiabatiques de la lumière entre différents guides. Le premier système étudié est basé sur le processus, récemment développé en physique quantique, de STIRAP à deux états (two-state STImulated Raman Adiabatic Passage). Cette analogie est mise en œuvre pour la première fois en optique grâce à une structure composée de deux guides, pour lesquels les constantes de couplage et de propagation sont modulées longitudinalement pour réaliser un diviseur de faisceau 50:50 large bande. Ce composant est d’abord étudié théoriquement puis démontré expérimentalement. Les expériences sont réalisées avec des structures de guide d'ondes reconfigurables et accordables, générés par la technique d'illumination latérale d'un cristal photo réfractif. Cette plateforme expérimentale innovante permet de générer des structures de guides qui peuvent être facilement effacés et reconfigurés pour tester différents systèmes.Une seconde analogie, inspirée du processus de Passage Adiabatique Rapide (RAP), est ensuite théoriquement étudiée et expérimentalement réalisée. Nous exploitons un système à deux guides couplés, où le désaccord entre les constantes de propagation s’annule au centre de la propagation. Une telle modulation du désaccord entre les constantes de propagation et de la constante de couplage permet d’effectuer un transfert total de la lumière entre les guides (réalisation d’un coupleur directionnel large bande et robuste).Le processus de RAP décrit précédemment s'applique à des systèmes à deux états. Nous démontrons théoriquement et numériquement que les analogies optiques du RAP peuvent être étendues à des systèmes contenant N guides (N>2) grâce à une technique quantique appelée élimination adiabatique. Elle consiste en l'élimination formelle du (des) guide(s) d'ondes intermédiaire(s). Cela réduit le système à un formalisme mathématique où seuls les deux guides externes restent, et où, par conséquent, le RAP peut être appliqué. Cette technique permet un transfert de lumière entre les guides externes sans excitation du (des) guide(s) intermédiaires. Contrairement à la technique du STIRAP conventionnel, l’élimination adiabatique fonctionne de manière symétrique, et pour un nombre de guides N pair ou impair. L’élimination adiabatique requiert un désaccord important des constantes de propagation.Ce travail contribue ainsi à démontrer que les analogies entre la mécanique quantique et l’optique guidée sont des outils puissants pour concevoir de nouvelles structures photoniques large bande et robustes. Elles peuvent être étendues à la réalisation future de nouvelles fonctions utilisant des guides en régime non linéaire, la propagation non linéaire induisant la variation spatiale (dépendante de l'intensité de la lumière)
The propagation of optical waves in coupled waveguides can be described by the coupled-mode theory. This formalism is mathematically analogous to the one for the quantum dynamics of the population of coupled atomic states, which is described by the Schrödinger equation within the so called Rotating Wave Approximation (RWA). This analogy has been pointed out in recent years. It was applied to coupled waveguide systems with constant effective refractive indices, which are fully analogous to resonant coupled quantum systems. This work extends this kind of studies to optical systems possessing an additional control parameter: the longitudinal modulation of the waveguide propagation constants. This approach is analogous to quantum systems with time dependent non-resonant excitation. As the population transfer between atomic states can be controlled by means of the Rabi frequencies and the laser frequency detunings, the light transfer between coupled waveguides can be controlled by means of the coupling constants and the propagation constants.Several such analogies are studied and exploited in this thesis for the demonstration of robust (broadband) adiabatic light transfer and splitting. The first system is based on the recently introduced quantum process known as two-state STImulated Raman Adiabatic Passage (two-state STIRAP). This is implemented for the first time in classical optics with a set of two evanescently coupled waveguides with proper longitudinal modulation of the mode propagation constants and of the coupling coefficient between them. A broadband 50:50 beam splitter based on two-state STIRAP is theoretically proposed and experimentally demonstrated. The experiments are performed using reconfigurable and tuneable waveguide structures that are optically induced by a lateral illumination technique of a nonlinear photorefractive crystal. This experimental platform provides versatile guiding structures that can be erased and reconfigured to test various systems depending on the considered analogy.A second quantum analogy based on the process of Rapid Adiabatic Passage (RAP) is theoretically studied and experimentally implemented for a set of two waveguides for which the longitudinally varying detuning crosses zero at half propagation distance. The modulation of the detuning and of the coupling constant provide a very robust and highly achromatic mechanism for full light transfer between the waveguides (broadband directional coupler). This is analogous to the RAP-based robust inversion of two-level quantum systems.The above RAP-like transfer applies to systems containing only two waveguides. It is also shown theoretically and numerically that the same functionality can be obtained in systems containing N waveguides with N>2. This relies on a technique called adiabatic elimination. It consists in the formal elimination of the N-2 internal waveguide(s) who reduces the system to an effective two-waveguide system where RAP can be applied. This is relevant because it permits a light transfer between the outer waveguides without excitation of the middle one(s). In contrast to the already known technique based on the conventional STIRAP process, the technique studied here works in a symmetric way and for an odd and even total number of guides N. Adiabatic elimination is achieved by a strong detuning between the two outer waveguides and the remaining one(s). It can be concluded that the analogies of all the classical optical systems studied in this work with corresponding non-resonant quantum systems and processes give powerful tools to design new broadband photonic structures. Moreover, the present studies can pave the way for dealing with future novel functionalities in nonlinear optical waveguide systems, which involve in a natural way a spatial light-intensity-dependent variation of the waveguide propagation constants and detuning

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Zhang, Jingwen. "Système antennaire millimétrique actif bas coût basé sur la technologie guide d’onde intégré au substrat creux pour application de télécommunication satellite." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALT002.

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Abstract:

La technologie des guides d’ondes et celle des circuits imprimés (PCB en anglais) constituent deux jalons dans l’histoire de l’ingénierie des micro-ondes. Les guides d’ondes sont à l’origine de différents types de dispositifs passifs tels que les antennes ou les filtres alors que la technologie des PCB a permis d’intégrer les composants actifs tels que les amplificateurs ou les mélangeurs sur de petits volumes. Les composants passifs basés sur les guides d’ondes présentent des avantages tels que de faibles pertes d’insertion, une capacité de tenue en puissance élevée et un blindage intrinsèque. La technologie des guides d’ondes intégrés au substrat (SIW en anglais) proposée dans les années 2000 a réduit la taille des guides d’ondes volumiques en combinant deux technologies : les guides d’ondes métalliques et les PCBs. Elle permet d’obtenir des pertes d’insertion relativement faibles, un blindage intrinsèque et de faibles dimensions. Le SIW simplifie l’intégration des dispositifs passifs basés sur des guides d’ondes avec les dispositifs actifs sur PCB. Afin d’optimiser ses performances, la technologie SIW a évolué avec l’introduction du guide d’ondes intégré au substrat rempli d’air (AFSIW en anglais). La cavité d’air à l’intérieur de l’AFSIW permet de réduire considérablement les pertes diélectriques. L’AFSIW a alors été appliquée à la conception de dispositifs passifs tels que des filtres, antennes ou déphaseurs.Ces dispositifs sont conçus sur un plan unique et leurs interconnexions pour concevoir un système, tel qu’un émetteur ou récepteur radiofréquence (RF) nécessitant l’association de composants, se fait également sur le même plan. Toutefois, la structure multicouche de l’AFSIW offre de nouvelles possibilités de conceptions en utilisant ses couches inférieure et supérieure. Les composants peuvent être empilés et connectés par des transitions verticales. Le travail de cette thèse exploite la structure multicouche de l’AFSIW pour « verticaliser » un système. L’exploitation des couches inférieure et supérieure est étudiée d’une part pour la connexion de composants et d’autre part pour leur conception individuelle.Pour la connexion de composants, la plupart des transitions entre SIW, AFSIW et lignes micro ruban sont réalisées sur le même plan mais cela augmente considérablement la longueur des circuits. Au contraire, la transition entre la cavité de l’AFSIW et la ligne micro ruban proposée dans cette thèse peut être utilisée pour superposer des composants passifs et actifs sur le plan vertical en utilisant le substrat de la couche supérieure de l’AFSIW pour réduire le volume occupé.Pour la conception de composants, les couches inférieure et supérieure de l’AFSIW sont utiles pour réaliser des composants multi-cavités comme des filtres d’ordre élevé. Le couplage inter cavité d’un filtre se faisant classiquement sur le même plan, l’ordre du filtre augmentant, sa longueur augmente aussi. La transition entre cavités empilées proposé dans cette thèse offre une autre possibilité pour la conception de tels composants quand l’espace horizontal alloué serait insuffisant.L’objectif global de cette thèse est de fournir une nouvelle possibilité pour l’organisation spatiale d’un émetteur-récepteur RF. Afin de fournir une preuve de concept, la conception d’une antenne est aussi proposée permettant d’aboutir à un système comprenant l’ensemble : antenne, filtre et amplificateur. Chaque composant et cavités résonantes du filtre sont situés sur des couches différentes. Comparés à l’état de l’art où les composants sont connectés sur un même plan horizontal, les résultats obtenus démontrent la possibilité de connecter verticalement des composants. Ces deux approches de connexion de composants (exploitant le plan horizontal et vertical) offrent plus de liberté pour une utilisation optimale de l’espace 3D, particulièrement critique pour les communications spatiales en raison des contraintes sur le volume occupé dans les satellites
Waveguide technology and printed circuit board (PCB) technology are two milestones in the engineering history of microwave technology. Waveguides are at the origin of different types of passive devices such as antennas or filters while PCB technology has made it possible to integrate today's active components such as amplifiers or mixers on very small volumes. Passive components based on waveguide technology have advantages such as low insertion losses, high power handling capability and auto-blind. Substrate-integrated waveguide (SIW) technology proposed in the early 2000s reduced the size of volume waveguides by combining two technologies: metallic waveguides and PCBs. It allows for relatively low insertion losses, auto-blind and small dimensions. The introduction of SIW technology simplifies the integration of passive waveguide-based devices with active PCB-based devices. To further optimize its performance, SIW technology has evolved with the introduction in 2014 of the air-filled substrate integrated waveguide (AFSIW). The cavity placed inside the AFSIW significantly reduces dielectric losses. Since 2014, this technology has been applied to the design of various passive devices such as filters, antennas or phase shifters.These devices are individually designed on a single plane and their connections to each other to design a system, such as a radio frequency transmitter or receiver which requires the association of several components, is also done on the same plane. However, the multilayer structure of AFSIW offers new possibilities for designing these systems using its lower and upper layers. Components can be stacked and connected using vertical transitions. The work of this thesis exploits the multilayer structure of AFSIW to “verticalize” a system. The use of the lower and upper layers is studied on the one hand for the connection of the different components of a system and on the other hand for the design of components individually.For connecting different components, most of the transitions between SIW, AFSIW and various microstrip lines are made on the same plane but this significantly increases the circuit length. On the contrary, the transition between the AFSIW cavity and the micro strip line proposed in this thesis can be used to achieve the superposition of passive and active components on the vertical plane using the substrate of the upper layer of the AFSIW allowing to reduce the occupied volume.For designing individual components, the bottom and top layers of AFSIW are useful for making multi-cavity components such as high-order filters. The coupling between each cavity of a filter classically taking place on the same plane, as the order of the filter increases, its length also increases. The transition between stacked cavities proposed in this thesis offers another possibility for the design of such components in the case where the allocated horizontal space is insufficient.The overall objective of this thesis is to provide a new possibility for the spatial organization of a radio frequency transceiver. In order to provide a proof of concept, the design of an antenna is also proposed in this thesis leading to a system comprising the assembly: antenna, filter and amplifier. Each component is located on a different layer and the filter's resonant cavities are also positioned on different layers. Compared to the state of the art where the components are connected on the same horizontal plane, the results obtained demonstrate the possibility of connecting components vertically. These two approaches to connecting components (exploiting both the horizontal and vertical plane) thus offer more degrees of freedom for optimal use of 3D space, which is particularly critical for spatial communications due to occupied volume constraints at satellite level

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Faure, Cédric. "Contrôle de la diffusion par des façades : cas des métasurfaces et des guides d'ondes ouverts inhomogènes." Thesis, Le Mans, 2017. http://www.theses.fr/2017LEMA1033/document.

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Abstract:

L’objectif de ce travail est le développement de dispositifs de contrôle de la diffusion des ondes acoustiques à l’aide de surfaces hétérogènes, pour des applications à l’acoustique urbaine. Pour remplir cet objectif, deux méthodes sont employées. La première à l’aide d’une métasurface, la direction d’une onde réfléchie est contrôlée. La seconde étude concerne l’influence d’un traitement inhomogène aux parois d’un guide ouvert sur les effets conjoints ou compétitifs d’absorption, de confinement et de rayonnement de l’onde. Nous montrons expérimentalement la possibilité de dissimuler un objet disposé sur un mur pour une onde acoustique audible. Pour y parvenir, une métasurface composée de différents résonateurs de Helmholtz est conçue et est réalisée de façon à être la plus fine possible. Ces travaux sont réalisés dans le domaine fréquentiel mais également dans le domaine temporel, ce qui permet de mettre en avant le caractère large bande de la métasurface. Il est démontré numériquement et expérimentalement que la direction des ondes réfléchies peut être contrôlée. Enfin la dernière partie est consacrée à l’influence d’une paroi hétérogène sur la propagation d’une onde acoustique à l’intérieur d’une rue. Une rue pouvant être assimilée à un guide d’onde ouvert engendre donc des modes de propagation complexes, dus aux pertes par rayonnement. La présence d’un matériau poreux sur les parois d’un guide vient perturber fortement la localisation spatiale des modes, ce qui les rend plus ou moins fuyants
The aim of this thesis is to develop a scheme for controling the propagation of acoustic waves using heteregenous surfaces. Its results can be applied in the field of urban acoustic. The thesis is composed of two sections, each of them employing a different method. The first section focuses on controling the direction of a reflected wave, using a metasurface. The second concentrates on the influence of an inconsistent treatment to the side of an open waveguide on the wave joint and competitive effects of absorption, confinement and radiation. Part one provides experimental evidence that it is possible to conceal an object placed on a wall from an audible acoustic wave. To prove it, the thinest possible metasurface was constructed with Helmholtz resonators. The experimental results were compared to a numerical study realized with finite elements. This work was made in both temporal and frequency domains, allowing to point out the wide frequency characteristics of the metasurface. The numerical and experimental results show that the direction of a reflected wave can, indeed, be controled. Part two analyse the impact of a heterogeneous wall on the spreadinf of an acoustic wave in a street. Due to radiation losses, the street produces complex ways of propagation. The presence of a porous material on a waveguide‘ side deeply disrupt the spatial location of these waves, making them more or less fleeting. In particular, depending on the position of the material in the street, certain waves will be more confined to the inside of the street, radiating less towards the open external environment. They are consequently, less cushioned

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Dieudonné, Belto. "Guides d’onde en verres et vitrocéramiques fluorés dopés terre rare élaborés par PVD pour l’émission dans le visible et la conversion de fréquence." Thesis, Le Mans, 2012. http://www.theses.fr/2012LEMA1023/document.

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Abstract:

Le projet s’inscrit dans le développement de sources lasers RGB miniaturisées pour l’affichage et la vidéoprojection, la conversion de fréquence dans les cellules solaires.Les verres fluorés ZLAG (ZrF4-LaF3-AlF3-GaF3) codopés terres rares ont été considérés. Ce verre possède une faible énergie de phonon, une forte solubilité des terres rares et peut être fabriqué en couche mince par la technique PVD. Il est de plus le précurseur de vitrocéramiques transparentes. On a observé dans les verres massifs et les guides d’onde des émissions bleue, orange et rouge avec un codopage Pr3+-Yb3+, bleue et rouge avec un co-dopage Tm3+-Yb3+. L’émission RGB dans les verres tri-dopés Tm3+-Er3+-Yb3+ semble prometteuse. Par ailleurs, la vitro-céramisation a permis d’augmenter de plus de 30% les sections efficaces d’absorption des ions Pr3+ et Yb3+.Une efficacité de transfert de 92% a été obtenue dans les verres co-dopés 0,5Pr3+-10Yb3+ pour le processus de conversion d’un photon bleu en deux photons IR
The project joins in the development of miniaturized laser sources RGB for display and videoprojection, frequency conversion in solar cells.Fluoride glasses ZLAG ( ZrF4-LaF3-AlF3-GaF3) co-doped with rare earths were studied. This glass has a low phonon energy, a strong solubility of the rare earth ions and can be fabricated as thin films by PVD. It is also the precursor of transparent glass-ceramics. Similar emissions in both co-doped bulk and waveguides have been observed ; blue, orange, red emission for Pr3+-Yb3+ and blue, red emission for Tm3+-Yb3+. The RGB emission in bulk Tm3+-Er3+-Yb3+ tri-doped glass seems promising. Furthermore, the absorption cross section of Pr3+ and Yb3+ ions has been increased by 30% with the ceraming process.An energy transfer efficiency (ETE) of 92% has been obtained for co-doped glass with 0,5Pr3+-10Yb3+ for the conversion process of a blue photon into two infrared one

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Girault, Pauline. "Micro-résonateurs intégrés pour des applications capteurs." Thesis, Rennes 1, 2016. http://www.theses.fr/2016REN1S144/document.

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Abstract:

Les micro-résonateurs (MRs) sont devenus des éléments clés de la conception de capteurs optiques intégrés, car étant plus miniaturisés que l’existant, ils s’intègrent mieux dans des systèmes ''lab-on-chip'', ce qui permet aussi de réduire le volume des molécules à détecter. Les MRs sont de plus très sensibles à la variation d’indice effectif provoquée par la présence de molécules dans le milieu de détection. Dans cette thèse, nous avons utilisé deux types de matériaux différents: les polymères et le silicium poreux. Les polymères, facilement réalisables avec des méthodes de fabrication peu onéreuses, sont dans un premier temps utilisés pour valider les outils de simulation développés pour l’étude des caractéristiques des MRs pour l’application capteur basée sur la détection par évanescence. Le silicium poreux permet d'exploiter un autre mode de détection, la détection en volume. Les molécules présentes dans le milieu de détection s'infiltrent dans le matériau et réagissent de manière directe avec la lumière. En utilisant les outils de simulation développés et en adaptant le procédé de photolithographie classique utilisé pour la fabrication de MRs en polymères, des premiers MRs constitués de guides ridges à base de silicium poreux sont mis en œuvre et caractérisés. Ces travaux de thèse démontrent expérimentalement la possibilité de détecter des concentrations de glucose avec une meilleure sensibilité que l'état de l'art pouvant atteindre les 600 nm/RIU, pour les domaines utilisant la détection et l'analyse de molécules (santé-agro, défense-sécurité, environnement)
Micro-resonators have become key element for integrated optical sensor because they offer the advantage of signiﬁcantly minimizing the device size, which allows an easily integration on lab-on-chip and greatly reduces the amount of molecules to be detected. Moreover, micro-resonators are extremely sensitive to the effective index variation induced by the presence of molecules in the detection medium. The thesis focuses on two different materials: polymers and porous silicon. Firstly, polymers, easily implementable with a low cost fabrication, are used to validate the simulation tools developed for the study of micro-resonators characteristics in order to perform sensing application based on the detection by evanescence. Then, porous silicon is investigated in order to operate another type of detection, the detection by volume. The molecules to be detected and present in the medium detection infiltrate into the material and interact directly with the light. Using simulation tools and by adapting the photolithographic process used for polymers micro-resonators fabrication, the first micro-resonators based on porous silicon ridge waveguides are obtained and characterized. The work contained in this thesis demonstrate experimentally the possibility of sensing concentrations of glucose with a sensitivity of 600 nm/RIU, using volume detection, which is higher than the state of the art, for domains using the sensing and analysis of molecules (health, food industries, security and environment)

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Colliard, Léo. "Structuration de fibres optiques par laser femtoseconde." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2024. http://www.theses.fr/2024COAZ5047.

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Abstract:

Dans un contexte technologique où les systèmes photoniques embarqués sont de plus en plus présents, structurer et fonctionnaliser les fibres optiques sur des échelles arbitraires est un enjeu majeur. Parmi les nombreuses plateformes technologiques permettant la fabrication de composants photoniques, l'inscription par laser femtoseconde, à travers sa capacité à modifier de façon permanente des milieux transparents à trois dimensions et à des échelles sub-micrométriques, apparaît comme un candidat de choix pour la structuration et la fonctionnalisation des fibres optiques. Pour répondre à cet enjeu, l'objectif de cette thèse est double. Premièrement, une plateforme d'inscription a été développée afin de concevoir des microstructures distribuées au sein de fibres optiques sur des distances arbitraires allant jusqu'à plusieurs mètres. Deuxièmement, une seconde plateforme a été mise en place afin d'étudier les dynamiques d'accumulation thermique induites par laser dans des fibres de silices contenant des nanoparticules de lanthane, dans un objectif de contrôler finement les propriétés de rétrodiffusion de ces fibres optiques. Ce manuscrit présente, dans un premier temps, les phénomènes physiques en jeu lors de l'interaction laser-verre avant de détailler les aspects liés au développement des plateformes d'inscription. La conception de structures distribuées métriques est abordée à travers l'étude de modification d'indice de réfraction dans des fibres de silice de différentes photosensibilités. Dans un second temps, l'écriture de guides d'onde et leurs caractéristiques intrinsèques y sont présentées ainsi que l'évolution de ces caractéristiques en fonction des différentes compositions chimiques des fibres optiques. Enfin, l'étude des mécanismes de chauffage par irradiation laser est discutée à travers la structuration par laser de fibres optiques contenant des nanoparticules de lanthane. Le comportement de ces nanoparticules et leur changement de caractéristiques sous irradiation laser ouvrent la voie à la possibilité de contrôler localement et réversiblement les propriétés de rétrodiffusion de fibres optiques
In a technological context of designing embedded photonic systems, structuring and functionalizing optical fibers on arbitrary scales appears as a major challenge. Among the existing technological platforms used for photonic components fabrication, femtosecond direct-laser-writing, via its capacity to locally and permanently modify transparent media at sub-micro scale, emerges as a suitable candidate for optical fiber structuring. To answer this stake, the aim of this thesis is twofold. First, a direct-laser-writing platform is developed to design meters-long distributed microstructures inside silica optical fibers. Second, another platform is settled to study laser-induced heating accumulation processes in nanoparticles-doped optical fibers in order to engineer the backscattering properties of such optical fibers.This manuscript sets forth, in the first instance, the involved physical phenomena during laser-glass interaction before describing the development for laser-writing platforms. Secondly, the design of distributed meters-long structure is approached through the study of the photoinduced refractive index modification inside various photosensitive optical fibers. The laser-written waveguides and their characteristics are featured as well as the evolution of these characteristics regarding the chemical composition of the fiber. Finally, the laser-induced heating mechanisms in the lanthanum nanoparticles-doped fiber are discussed. The behavior of these nanoparticles and the modification of their characteristics under laser irradiation pave the way to a local and reversible engineering of the backscattering properties of optical fibers

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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.

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Abstract:

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 ingénieusement
This 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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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.

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Abstract:

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'émission
In 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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Khlifi, Soumaya. "Nanomatériaux hybrides luminescents à clusters de métaux de transition : synthèse, mise en forme et modulation des propriétés optiques." Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S091.

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Les matériaux photoluminescents ont un rôle important dans les applications liées à la photonique, l'optoélectronique ou l'éclairage. Leur combinaison avec des polymères conduit à des matériaux fonctionnels polyvalents faciles à mettre en forme. Dans ce contexte, des matériaux hybrides composés d'une matrice organique contenant des clusters métalliques octaédriques fortement luminescents ont été préparés. Ces luminophores présentent plusieurs avantages : une forte luminescence dans le rouge et le proche-IR, un rendement quantique élevé, un large décalage de Stokes et aucun effet de photoblanchiment ou de photoscintillement. Comme matrice hôte, le PMMA et le PDMS ont été utilisés en raison de leurs propriétés optiques, mécaniques et leur stabilité thermique. Cependant, une condition nécessaire pour réaliser les matériaux hybrides est d'introduire de manière homogène l'émetteur inorganique dans le polymère organique afin d'éviter les phénomènes de ségrégations. Pour cela, plusieurs approches d'intégration ont été développées. Les analyses spectroscopiques effectuées sur ces hybrides ont montré leur grand potentiel d’applications. Ceux-ci ont été utilisés pour concevoir un matériau imprimable à la lumière, sans encre et auto-effaçable, lorsque qu’il est combiné à un fluorophore organique ; ainsi que pour l’élaboration de guides d’ondes 1D et 2D. Les guides 1D peuvent être appliqués en photonique intégrée, tandis que les guides 2D combinés à des cristaux liquides conduisent à un nouveau matériau PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) applicable pour des concentrateurs solaires luminescents
Photoluminescent materials are playing a major role in applications related to photonics, optoelectronics or lighting. Combining them with polymers allows the design of easy-to-shape-functional materials with enhanced application versatility. Related to this, hybrid materials composed of an organic polymer matrix containing strongly luminescent octahedral metal clusters were prepared. Octahedral metal clusters have several advantages: a deep luminescence in the red and the near-IR region, a high quantum yield, a large Stokes shift and no photobleaching or photoblinking effects. As organic host matrices, PMMA and PDMS were used because of their optical and mechanical properties in addition to their thermal stability. However, a prerequisite for realizing hybrid materials is to homogeneously introduce the ceramic inorganic emitter in the organic polymer to avoid segregation-phase phenomena. For this purpose, several integration approaches were developed to prepare new hybrid materials. Meanwhile, spectroscopic analysis were performed on these hybrids demonstrating their huge potential. Actually, these hybrids were used to design a self-erasable inkless light-imprinting material when the hybrid is combined with an organic fluorophore, and 1D- and 2D-waveguides. The 1D-waveguides can be applied for integrated photonics while 2D-waveguides combined with liquid-crystals lead to a new luminescent PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) material for Luminescent Solar Concentrator technology

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Gacemi, Djamal Eddine. "Étude expérimentale et simulation des modes électromagnétiques se propageant sur des guides d’ondes métalliques de petites dimensions aux fréquences THz." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112413.

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Abstract:

Focaliser l’énergie optique en un petit spot de diamètre beaucoup plus petit que la limite de diffraction a longtemps été un sujet très intéressant en photonique. Dans le domaine Térahertz (avec une longueur d’onde de l’ordre de 300 µm) ce défi est particulièrement important pour répondre à l’intérêt croissant de l’imagerie haute résolution et de la spectroscopie des matériaux d’une taille inférieure à l’échelle submillimétrique de la longueur d’onde en espace libre. Dans ma thèse, j’ai étudié le confinement des ondes de surface aux fréquences THz sur des structures métalliques de dimensions sous longueur d’onde. J’ai expérimentalement mesuré le confinement du champ électrique et calculé la relation de dispersion du mode de surface sur une structure métallique déposée sur un substrat diélectrique de faible permittivité. Ces mesures sont obtenues à l’aide d’un banc de mesures THz guidé, développé pendant ma thèse. La mesure est faite en champ proche par une sonde électro-optique micrométrique, librement positionnable. Ces résultats expérimentaux sont complétés par des simulations numériques, obtenues par le logiciel de simulation par éléments finis, Comsol Multiphysics. Les résultats expérimentaux montrent un confinement de λ/20 du mode EM de surface sur une ligne métallique rectangulaire de petites dimensions
Focusing optical energy into a small spot diameter much smaller than the diffraction limit has long been a very interesting topic in photonics. In Terahertz (with a wavelength of about 300 microns) this challenge is particularly important to meet the growing interest in high-resolution imaging and spectroscopy of materials whose size is smaller than the wavelength in free space. In my thesis, I studied the confinement of surface waves at THz frequencies on metal structures with sub-wavelength dimensions . I experimentally measured the confinement of the electric field and calculated the dispersion relation of the surface mode on a metal structure deposited on a low permittivity dielectric substrate. These measurements are obtained using a guided-wave time domain spectroscopy set-up, developed during my PhD. The measurement is made by a near-field freely positionable electro-optical probe. These experimental results are supplemented by numerical simulations obtained by finite element analysis software Comsol Multiphysics. The experimental results show a confinement of λ/20 of the EM surface mode on a sub-wavelength dimension rectangular metal wire

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Wen, Yida. "Étude d'un système d'éclairage surfacique à géométrie planaire." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112181.

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Abstract:

La réalisation d’un système holographique 3D embarqué dans un véhicule nécessite le développement d’une structure d’éclairage surfacique à géométrie planaire pour générer un faisceau cohérent, directionnel et uniforme. Ce type de système a été jusque là réalisé à base de composants optiques classiques comme des lentilles et des miroirs. L’objectif de cette thèse est de proposer une solution plus compacte grâce à l’utilisation des (nano-) technologies d’intégration pour réaliser une émission cohérente, directionnelle et uniforme sur une grande surface à 633 nm en remplaçant les composants optiques volumineux par un circuit intégré photonique.Nous présentons d’abord de manière générale les applications des composants optiques et photoniques dans le domaine automobile, puis la structure planaire intégrée que nous visons pour l’éclairage du système holographique. Nous montrons ensuite l’intérêt du développement de circuits photoniques à base de guides de nitrure de silicium pour le fonctionnement dans le domaine du visible, comme requis pour la présente application. Les travaux réalisés sur les guides d’onde en Si₃N₄ pour la propagation de la lumière à 633 nm sont alors détaillés. Dans un premier temps, nous introduisons les méthodes théoriques pour analyser les modes guidés et montrons les résultats de calcul des indices des modes 1D et 2D pour dimensionner un guide rectangulaire monomode. Enfin, nous détaillons l’étude théorique et de simulation pour définir certains composants intégrés du circuit visé, comme le diviseur 1 × N de faisceau et les guides d’onde courbes. Nous présentons alors les travaux de fabrication des guides d’ondes Si₃N₄ encapsulés dans la silice, précédemment conçus, et qui présentent une dimension autour de 250 nm × 300 nm. Nous montrons les principales étapes de fabrication en salle blanche, comprenant le dépôt des diélectriques à l’aide de la PECVD, la lithographie assistée par faisceau d’électron (EBL) et la gravure ionique réactive (RIE). Les résultats de fabrication sont évalués et analysés afin d’optimiser le procédé de fabrication. Finalement, nous présentons le banc de caractérisation des guides d’onde et les résultats des pertes optiques mesurées. Le dernier chapitre est dédié à l’étude du couplage d’un mode photonique guidé à un mode plasmonique dans un système de guides d’onde, qui consiste en une chaine de nanoparticules métalliques en Au ou en Ag déposée sur le guide d’onde rectangulaire Si₃N₄. L’état de l’art et l’étude théorique sont d’abord présentés, puis nous montrons les résultats de simulation numérique de l’efficacité de couplage en fonction des tailles des nanoparticules et de la longueur d’onde dans ce système de guides d’onde couplés
An auto-embedded 3D holographic system requires the development of a surface lighting integrateddevice to generate a coherent, directional and uniform lighting beam. Up to now, the realization of this type ofsystem is based on the conventional optical components such as lenses and mirrors. The objective of this thesis isto propose an ultra-compact solution by using the nanotechnologies, in order to realize coherent, directional and uniform light emitting at 633 nm on a large surface in replacing the bulky optical components by a photonic integrated circuit (PIC). In the beginning of the thesis, we present the automotive applications of optics and photonics, and then introduce to the integrated planar structure, which is expected to illuminate the holographic system. We present then our interest of developing silicon nitride waveguides-based PICs, which can be operated in the visible range, as required for the mentioned application. The realized research work on the Si₃N₄ waveguides for the light propagation at 633 nm are then detailed. At first, we introduce the theoretical methods for the analysis of the guided modes and present the calculated indexes of the 1D and 2D modes, which are used to design the single-mode rectangular waveguide. At last, we present exhaustively our theoretical study and simulation work to define some targeted PICs, as the 1 × N beam splitter and the bent waveguides. Then weintroduce the fabrication of the predetermined SiO₂ cladded Si₃N₄ waveguide samples, which have a cross-section size about 250 nm × 300 nm. We present main processes of the fabrication in cleanroom, including the deposition of the dielectric layers by using PECVD, the electron beam lithography (EBL) and the reactive ionicetching (RIE). The fabrication of waveguides has been evaluated and analyzed, in order to optimize the fabrication process. Finally, we present the waveguide’s characterization set-up and the measurement results ofthe optical losses. The last chapter of the thesis is dedicated to the study of the coupling effect from a guidedphotonic mode to a plasmonic mode supported by a guiding structure, which consists of a metallic nanoparticle(Au or Ag) chain deposited on top of the Si₃N₄ rectangular waveguide. The state of the art and the theoretical study are firstly introduced. Then we present the numerical simulation results of the coupling efficiency as a function of nanoparticle’s sizes and operation wavelength in this photonic-plasmonic coupled waveguide system

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Le, Camus Arthur. "Conception et élaboration de composants photoniques pour l'infrarouge moyen inscrits par impulsions ultra brèves." Doctoral thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66425.

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Abstract:

«Thèse en cotutelle, Doctorat en physique, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Bordeaux, Talence, France»
L’infrarouge moyen présente un grand intérêt pour de nombreuses applications dans des domaines variés comme la médecine, la biologie, l’environnement ou encore l’astronomie. Il y a donc un besoin de sources et de dispositifs fonctionnant dans cette bande de longueur d’onde s’étendant approximativement de 2 à 20 µm. L’élaboration de ces dispositifs passe par le développement de matériaux transparents dans l’infrarouge moyen puis par la fonctionnalisation optique de ces matériaux. Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous nous proposons d’étudier la fabrication de composants dans un verre d’oxyde de métaux lourds (baryum, gallium, germanium : BGG), dont l’intérêt est la combinaison d’une bonne transmission jusque dans l’IR moyen (de ~350 nm à ~5 µm) et de bonnes résistances mécanique et chimique. La technique utilisée pour la fonctionnalisation optique de ce verre est l’inscription directe par impulsions ultra courtes. Cette dernière permet de modifier localement – et de manière permanente – un matériau par la focalisation d’impulsions d’une durée de l’ordre de quelques dizaines ou centaines de femto secondes, générant des intensités lumineuses très importantes et permettant l’absorption non-linéaire d’une partie de l’énergie du faisceau laser. Le caractère non linéaire de l’interaction permet l’inscription de structures tridimensionnelles dans le volume du matériau. Grâce à cette technique, on peut notamment fabriquer des guides d’onde, des canaux de microfluidique et des motifs fluorescents pour ne citer que quelques exemples. Nous rapportons dans cette thèse une étude détaillée de l’inscription par laser femtoseconde dans différents types de verres BGG. Nous montrons qu’il est possible d’avoir un changement d’indice positif élevé, permettant la formation de composants à base de guides d’onde pour l’IR moyen. En particulier, nous présentons des résultats de mesures sur des guides d’onde et des coupleurs dans l’IR moyen, inscrits dans un verre BGG et dans la silice. Un autre type verre, dérivé des BGG et dopé en ions argents, est également étudié dans le cadre de l’inscription par laser femtoseconde. Comme il a été observé dans d’autres types de verres d’oxydes, les ions argent modifient l’interaction laser matière et apportent des propriétés spécifiques à l’argent : fluorescence, génération de seconde harmonique et résonance de plasmons de surface.
The mid-infrared region is of great interest for many applications in various fields such as medicine, biology, environment and astronomy. Therefore, there is a need for developing sources and devices operating in this wavelength region, spanning approximately from 2 to20 µm. The development of these devices involves the development of mid-IR transparent materials and then the optical functionalization of these materials. In the framework of this PhD thesis, we propose to study the fabrication of components in glass of heavy metaloxides (barium, gallium, germanium: BGG), whose interest is the combination of a good transmission (from ~350 nm to ~5 µm) and good mechanical and chemical resistances. The technique used for the optical functionalization of this glass is direct inscription by ultra-short pulses. This technique allows a local and permanent modification of a material by focusing pulses of a duration of a few tens or hundreds of femtoseconds, generating very high light intensities and allowing the non-linear absorption of the laser beam energy. The non-linear nature of the interaction allows the inscription of three-dimensional structures in the bulk. Thanks to this technique, we can produce waveguides, microfluidic channels and fluorescent patterns, to name but a few examples. In this thesis, we report a detailed study of femtosecond laser inscription in different types of BGG glasses. We show that it is possible to have a high positive index change, allowing the formation of waveguide-based components for mid-IR. In particular, we present measurements results on waveguides and couplers in the mid-IR, embedded in BGG glass and fused silica. Another type of glass derived from BGG and doped with silver ions is also studied with the femtosecond laser inscription. As observed in other types of oxide glasses, silver ions modify the laser-matter interaction and provide silver-specific properties such as fluorescence, second harmonic generation and surface plasmons resonance.

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Kaya, Serkan. "Photo-thermal control of surface plasmon mode propagation at telecom wavelengths." Thesis, Dijon, 2016. http://www.theses.fr/2016DIJOS058/document.

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Abstract:

Les plasmons-polaritons de surface (PPS) font figure de plateforme polyvalente très promet- teuse pour le guidage des ondes électromagnétiques à l’échelle nanométrique. Dans ce contexte, le contrôle dynamique de la propagation PPS est d’une importance capitale. Le contrôle actif des dispositifs plasmoniques a souvent été réalisé jusqu’à présent par le biais d’un effet thermo-optique (TO). Toutefois dans la majorité des cas considérés, l’effet thermo-optique résulte d’une modification des propriétés d’un matériaux diélectrique en contact avec le métal supportant le mode plasmon. Ainsi, le rôle des propriétés thermo-optiques du métal lui-même a rarement été analysé aux fréquences télécom dans le cadre d’applications plasmoniques. L’objectif principal de cette thèse est donc d’analyser en détail l’impact des propriétés thermo- optiques des métaux sur différents modes PPS aux longueurs d’ondes télécom. En premier lieu, nous considérons la modulation photo-thermique d’un mode plasmon supporté par un film mince d’or se propageant à l’interface "or/air". Nous démontrons tout d’abord la modulation de la propagation des modes PPS induite par la dépendance des pertes ohmiques de l’or à la température du film mince. Le contrôle de la température du film est obtenu par un effet photo-thermique en régime continu modulé. Les mesures expérimentales de la pro- fondeur de modulation de l’intensité des modes PPS combinées à la simulation numérique de la distribution de température le long du film d’or nous permettent de remonter aux coefficients thermo-optiques de l’or aux fréquences télécoms. Dans un second temps, nous considérons le contrôle thermo-optique de modes plasmons dont le confinement spatial (et donc l’indice effectif) est supérieur à ceux des modes de films. Les modes considérés dans cette seconde étude sont connus sous le nom de "polymer- loaded surface plasmon waveguides (PLSPPWs)". Ces modes présentent un confinement latéral induit par l’indice de réfraction du ruban de polymère déposés sur le film métallique et un confinement vertical résultant de leur nature plasmonique. L’excitation photo-thermique de ces guides plasmoniques dans un régime nano-seconde nous permet de mettre en évidence la dynamique thermo-optique du métal aux temps courts (<1ns) et du polymère aux temps plus longs (<1µs). La même démarche appliquée à un micro-résonateur plasmonique en anneau révèle les temps caractéristiques de la dynamique de diffusion de la chaleur dans le polymère à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres. Sur la base de ces expériences, nous suggérons un design de dispositifs plasmoniques thermo-optique dont la bande passante est de l’ordre du megahertz, un ordre de grandeur au-dessus des systèmes thermo-optiques traditionnels. Enfin, nous présentons la modulation photo-thermique de la propagation PPS le long de nanofils d’or fabriqués par lithographie électronique supportant des modes plasmons très confinés aux longueurs d’onde télécom. La transmission d’un signal télécom à 10 Gbit/s est tout d’abord démontrée afin d’établir sans ambiguïté la pertinence de tels guides d’ondes miniatures pour la transmission d’informations à très courtes échelles. Enfin, nous mettons en évidence la modulation photo-thermique de la propagation de tels modes. En particulier, nous investiguons l’influence sur la profondeur de modulation de la polarisation du faisceau pompe relativement à l’orientation des nanofils. Cet effet de polarisation s’explique par une absorption exaltée si la polarisation du faisceau pompe est orientée perpendiculairement à l’axe du nanofil. L’exaltation résulte de l’excitation d’un mode plasmon local selon l’axe transverse du nanofil
Surface plasmon polaritons (SPPs) is the promising versatile platform proposed for guiding electromagnetic waves at nanoscale dimensions. In this context dynamic control of SPPs prop- agation is of paramount importance. Thermo-optical (TO) effect is considered as an efficient technique for performing active control of plasmonic devices. Among the thermo-optical based plasmonic devices demonstrated so far TO coefficient is dominantly provided by a dielectric material on top of the metal sustaining the SPP mode, however, the role of TO properties of the metal has been rarely investigated for plasmonic applications especially at the telecom frequency ranges. Therefore, the aim of this thesis is to investigate in detail the impact of thermo-optical properties of metals onto various SPP modes at telecom wavelengths.First, we report on photo-thermal modulation of thin film SPP mode traveling at gold/air interface excited at telecom wavelengths. We start by investigating the photo-thermally in- duced modulation of SPPs propagation mediated by the temperature dependent ohmic losses in the gold film. Then we extract the thermo-plasmonic coefficient of the SPP mode from the accurately measured SPPs signal depth of modulation by which we could compute the thermo-optical coefficients (TOCs) of gold at telecom wavelength. Lastly, we demonstrate a pulsed photo-thermal excitation of the SPPs in the nanosecond regime.Secondly, we investigate the thermo-optical dynamics of polymer loaded surface plasmon waveguide (PLSPPW) based devices photo-thermally excited in the nanosecond regime. First, we demonstrate thermo-absorption of PLSPPW modes mediated by the temperature-dependent ohmic losses of the metal and the thermally controlled field distribution of the plasmon mode within the metal. Next, we consider the thermo-optical response of a PLSPPW based racetrack shaped resonator coupled to a straight bus waveguide and evaluate the photo-thermal activation through heating and cooling times. We conclude that nanosecond excitation combined to high thermal diffusivity materials opens the way to high speed thermo-optical plasmonic devices.Finally, we report on the photo-thermal modulation of SPPs propagation along litho- graphically fabricated gold nanowires sustaining highly confined plasmonic mode at telecom wavelengths. First, we investigate telecommunication characterization of the nanowires by ap- plying high bit rate signal transmission, 10 Gbit/s, through fiber-to-fiber confocal detection setup. Next, we demonstrate and evaluate the photo-thermal modulation of SPPs propagation along the nanowires where we discuss qualitatively TO effects due to light-induced modula- tions on nanowires and show the impact of the incident beam polarization on the photo-thermal modulation

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Elsawy, Mahmoud Mohamed Reda Ahmed. "Modelling and improvement of complex nonlinear plasmonic waveguides." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0238.

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Abstract:

Le but de cette thèse est de développer les outils numériques et semi-analytiques qui nous permettent d’étudier des guides non-linéaires complexes et réalistes qui pourraient être fabriqués et caractérisés expérimentalement.Nous présentons une étude complète d’une version améliorée du guide d’onde plasmonique non-linéaire à une dimension, en ajoutant deux couches tampons de diélectrique linéaire entre le cœur non-linéaire isotrope et les deux gaines métalliques. Ses couches réduisent les pertes et permettent leur diminution avec la puissance contrairement aux guides simples. De plus, les principaux modes plasmoniques non-linéaires peuvent présenter une transition spatiale vers des modes de types différents, qui peut être contrôlée par la puissance.Par la suite, nous étudions un nouveau guide plasmonique non-linéaire à fente utilisant un métamatériau, soit dans le cœur non-linéaire soit dans les gaines linéaires. Nous avons mis au point une méthode semi-analytique et une méthode numérique afin d’étudier les solutions stationnaires non-linéaires dans ce nouveau guide non-linéaire anisotrope. Nous avons montré analytiquement et numériquement que le cœur non-linéaire anisotrope peut être conçu afin d’atteindre de forts effets non-linéaires à faible puissance. Pour certains métamatériaux dans les gaines linéaires, la figure de mérite de ce guide d’onde augmente de plus de 50 fois par rapport aux guides isotropes.Pour conclure, nous présentons une nouvelle méthode basée sur la méthode des éléments finis de type vectoriel couplée à l’algorithme à puissance fixée pouvant calculer rigoureusement les effets non-linéaires dans des guides d’onde plasmoniques 2D
The main goal of this PhD is to develop the semi-analytical and the numerical tools that allow us to study complicated and realistic nonlinear plasmonic waveguides which can be fabricated and characterized experimentally.First, we present a full study of an improved version of the one-dimensional nonlinear plasmonic slot waveguide, by adding two linear dielectric buffer layers between the isotropic nonlinear core and the two metal claddings. These additional layers reduce the overall losses and allow the losses to decrease with the power for some configurations unlike the usual slot. Furthermore, the main plasmonic modes can exhibit nonlinear spatial modal transitions towards new families of modes that can be controlled with the power.Second, we propose and study new one-dimensional nonlinear plasmonic slot waveguides with metamaterial regions either in the nonlinear core or in the linear claddings. For the metamaterial nonlinear core, we developed semi-analytical and fully numerical methods in order to study the nonlinear stationary solutions propagating in this anisotropic nonlinear waveguide. We have demonstrated both analytically and numerically that the anisotropic nonlinear core can be designed in order to achieve strong nonlinear effects at low power.For the structures with metamaterial linear claddings, the figure of merit can be extremely enhanced by more than 50 times compared with the simple one. Finally, we present the full derivation of a new nonlinear full vectorial finite element method based on the fixed power algorithm in order to quantify rigorously the nonlinear characteristics of realistic two-dimensional nonlinear plasmonic structures

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Al-Aridhee, Tahseen. "Numerical study of optical properties of single and periodic nanostructures : from nanoantennas to enhanced transmission metamaterials." Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2004/document.

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Abstract:

L ’intérêt des nano-particules pour le domaine de l ’optique visible a été suscité lors du premier rapport rédigé par Faraday en 1857 et qui a initié les bases de la production de nanoparticules métalliques en vue de leur propriété optiques inattendues (coloration des solutions). Plus récemment, le contrôle et le guidage de la lumière basés sur l’excitation de résonance plasmon dans les nanostructures a permis beaucoup d’applications liées à la vie quotidienne et impliquant la lumière. La résonance plasmonique de structures métalliques estun phénomène essentiel qui conduit à des propriétés optiques uniques à travers l’interaction de la lumière avecles électrons libres du métal. L’excitation de la résonance plasmon localisé (LSPR) permet d’exalter localement l’énergie électromagnétique comme dans le cas des nano-antennes mais aussi d’acheminer la lumière à travers des canaux de dimensions sub-l sur de grandes distances distances grâce à l’excitation du Plasmonde Surface Propagatif (PSP). Au cours de cette thèse, nous avons étendu un algorithme existant afin de calculer la réponse optique (sections efficaces de diffusion et d’absorption) de NPs ayant une forme géométrie quelconque. Ce type de NP anisotrope (vis-à-vis de la polarisation incidente) peut présenter à la résonance plasmonique une section efficace de diffusion 25 fois supérieure à celle géométrique. De plus, une étude systématique importante a été effectuée afin d’optimiser la géométrie de tels Nps.En ce qui concerne la PSP qui est impliqué dans la transmission exaltée à travers les matrices d’ouvertures annulaires AAA, nous avons entrepris une étude systématique des propriétés de l’excitation du mode particul particulier sans coupure de ces nano - guides. Il s’agit du mode Transverse Electrique et Magnétique (TEM). Une étude numérique complète est alors effectuée pour correctement concevoir la structure avant qu’elle ne soit expérimentalement fabriquée et caractérisée. Pour palier certaines contraintes expérimentale, une structure inclinée est proposée et étudiée dans le cas d’un métal parfaitement conducteur. Nous avons démontrée numériquement et analytiquement certaines propriétés intrinsèques de la structure montrant un coefficient de d’au moins 50% d’un faisceau incident non polarisé indépendamment des conditions d’éclairage (polarisation,angle et plan d’incidence). Lorsque le mode TEM est excité, le flux laminaire de l’énergie à travers la structure présente une déviation géante sur de très petites distances inférieures à la longueur d’onde. Les résultats présentés dans cette thèse pourraient être considérés comme une contribution importante à la compréhension du phénomène de transmission exaltée basé sur l’excitation de ce type de mode guidé
The release of the rst report by Faraday in 1857 set the foundation of the production of metal nanoparticlesand their unexpected optical properties (coloring). More recently, controlling and guiding light via plasmonicresonance in nanostructures enable a lot of applications affecting everyday life that involves light. Plasmonresonance of metallic structures is a key phenomenon that allows unique optical properties through the interactionof light with the free electrons of the metal. The excitation of Localized Surface Plasmon Resonance(LSPR) leads to turn-on large local enhancements of electromagnetic energy as within antennas or to routelight as waveguide to desired region with high transmission through the excitation of Propagating SurfacePlasmon (PSP). During this thesis, we have developed an existing algorithm in order to calculate the opticalresponse of NPs of any shape. We have especially determined the localized energy enhancement factor interm of optical response of nano-antenna. This anisotropic (polarization dependent) NPs type can feature, atplasmon resonance, scattering efciency factor higher than 25. Moreover, an important systematic study hasbeen performed in order to optimize design of such NPs.Concerning the PSP that are involved in the enhanced transmission through Annular Aperture Arrays (AAAs),we systematically study the properties of the excitation of the peculiar Transverse ElectroMagnetic (TEM) guidedmode inside such nano-apertures. A complete numerical study is performed to correctly design the structurebefore it is experimentally characterized. For reasons associated to fabrication constraints and efciency,a slanted AAA made in perfectly conducting metal is proposed and studied. We numerically and analyticallydemonstrate some intrinsic properties of the structure showing a transmission coefcient of at least 50%ofan un-polarized incident beam independently of the illumination configuration (polarization, angle, and planeof incidence). At the TEM peak transmission, the laminar flow of the energy through the structure can exhibitgiant deviation over very small distances ( ). The results presented in this thesis could be considered as animportant contribution to the understanding of the enhanced transmission phenomenon based on the excitationof guided modes

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Jaafar, Abdallah. "Développement de matériaux poreux pour des applications de détection en optique intégrée dans le moyen infrarouge." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024URENS043.

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Les capteurs optiques intégrés basés sur des dispositifs optiques guidés en matériaux poreux peuvent détecter efficacement et sélectivement des molécules polluantes présentes dans l’eau, l’air et l’environnement. La structure poreuse permet aux molécules à détecter de s’infiltrer dans les pores, ce qui permet une détection volumique. Cette caractéristique exalte la sensibilité d’un capteur optique intégré et offre aussi la possibilité de détecter une très faible quantité de molécules. Dans ce travail, deux matériaux transparents dans le moyen infrarouge (MIR) ont été étudiés pour le développement de guides d’onde optiques intégrés : le silicium poreux (SiP) et le germanium poreux (GeP). Le SiP est produit par anodisation électrochimique et peut être utilisé jusqu’à la longueur d’onde de 8 µm. Des guides d’onde plan et ridge en SiP ont été développés à partir de substrats de silicium de type P faiblement ou fortement dopés. L’effet de traitement thermique d’oxydation sur le guidage a été étudié. Un test de transduction sur la détection de CO₂ dans le MIR autour de la longueur d’onde de 4.3 µm a été réalisé. Le GeP, quant à lui, est produit par gravure électrochimique bipolaire et permet d’étendre la plage de détection jusqu’à la longueur d’onde de 14 µm. Ce matériau, utilisé pour le développement d’un capteur optique intégré, constitue ainsi un atout considérable étant donné que la plupart des molécules polluantes présentent une bande d’absorption dans le MIR. Des couches homogènes de faibles épaisseurs ont pu être réalisées. Un premier test d’élaboration d’un miroir de Bragg a aussi été effectué
Integrated sensors based on guided optical devices can efficiently and selectively detect pollutant molecules present in water, air, and environment. The porous structure allows the targeted molecules to penetrate into the pores, leads to volume detection. This characteristic greatly enhances the sensitivity and the ability to detect a very small number of molecules. In this study, two mid-infrared (mid-IR) transparent materials were investigated for the evelopment of integrated optical waveguides: porous silicon (PSi) and porous germanium (PGe). PSi is produced by electrochemical anodization and can be used up to a wavelength of 8 µm. PSi-based planar and ridge waveguides were developed from lightly or heavily P-doped silicon substrates. The effect of thermal oxidation treatment on the optical properties of the waveguides was investigated. Transduction tests were carried out to detect carbon dioxide (CO₂) in the mid-IR at around 4.3 µm wavelength. On the other hand, PGe is produced using bipolar electrochemical etching, extending the detection range to a wavelength of 14 µm. This material offers a considerable advantage for the development of an integrated optical sensor, as most polluting molecules have an absorption band in the mid-IR spectral range. Thin and homogeneous PGe layers were obtained. An initial test for the fabrication of a Bragg mirror was also conducted

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Rassem, Nadège. "Etude du guidage et du confinement de la lumière dans les guides optiques nanostructurés : application au filtrage spectral ultra-sélectif." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0015.

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Abstract:

Un CRIGF (pour Cavity Resonator Integrated Grating Filter) est un filtre spectral nanophotonique présentant une bande passante étroite (inférieure au nanomètre) fonctionnant avec un faisceau relativement focalisé. Cette structure, introduite récemment (2010), est composée d'un réseau à résonance de mode guidé (ou réseau résonnant, ou encore réseau coupleur) inséré entre deux réseaux de Bragg. Les réseaux à résonance de mode guidé sont connus pour présenter dans leur spectre en réflexion (ou transmission) des pics très étroits, dus à l'excitation, via un ordre de diffraction, d'un mode guidé de la structure. Ce phénomène de résonance correspond à une anomalie de Wood. Mais leur majeure limitation reste leur très faible tolérance angulaire, et le CRIGF permet de lever ce problème.Dans la littérature, numériquement le CRIGF a été modélisée par la FDTD seulement avec d’importants temps de calculs. Nous avons utilisé la RCWA pour modéliser numériquement le CRIGF en apportant une possibilité de recherche des modes propres. Nous avons surtout montré grâce aux calculs que le comportement angulaire extraordinaire du CRIGF est très différent de celui des réseaux infinis. Nous avons prouvé grâce à la théorie des modes couplés étendue à quatre modes que cette large tolérance angulaire est due à l'existence d'un couplage additionnel qui n’existait pas dans les réseaux infinis. Grâce à une approche basée sur la cavité de Fabry-Pérot, nous avons confirmé que le CRIGF se comporte comme une cavité de Fabry-Pérot à pertes, ce qui nous a permis de définir des règles de conception simples comme le contrôle de la largeur spectrale et le repositionnement de la longueur d’onde de centrage
A CRIGF (Cavity Resonator Integrated Grating Filter) is a nanophotonic spectral filter with a narrow bandwidth (less than a nanometer) using a relatively focused beam. This structure, introduced recently (2010), is composed of a guided mode resonance grating filter (or resonant grating, or coupler grating) inserted between two Bragg gratings. Guided mode resonance gratings are known to exhibit very narrow peaks in their reflection spectrum (or transmission), due to the excitation of one guided mode of the structure via one diffraction order. This resonance phenomenon corresponds to an anomaly of Wood. But their major limitation remains their very low angular tolerance, and the CRIGF allows to overpass this problem.In literature, the numerical modeling of CRIGF was done only by FDTD with an important calculations time. We have used RCWA to model numerically the CRIGF by bringing a possibility of research of the eigen-modes. We have mainly shown thanks to calculations the extraordinary angular behavior of the CRIGF is very different from that of infinite gratings. We have proved thanks to the coupled modes theory extended to four modes that this large angular tolerance is due to an additional coupling that did not occur in infinite gratings.With an approach based on the Fabry-Perot cavity, we confirmed that the CRIGF behaves as a lossy Fabry-Perot cavity, which allowed us to define simple design rules such as the control of the spectral width and tuning the centering wavelength

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Gallezot, Matthieu. "Simulation numérique du contrôle non-destructif des guides d’ondes enfouis." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0040/document.

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Abstract:

De nombreux éléments de structures de génie civil sont élancés et partiellement enfouis dans un milieu solide. Les ondes guidées sont souvent utilisées pour le contrôle non destructif (CND) de ces éléments. Ces derniers sont alors considérés comme des guides d’ondes ouverts, dans lesquels la plupart des ondes sont atténuées par des fuites dans le milieu environnant. D’autre part le problème est non borné, ce qui le rend difficile à appréhender sur le plan numérique. La combinaison d’une approche par éléments finis semi-analytique (SAFE) et de la méthode des couches parfaitement adaptées (PML) a été utilisée dans une thèse antérieure pour calculer numériquement trois types de modes (modes piégés, modes à fuite et modes de PML). Seuls les modes piégés et à fuite sont utilisés pour la représentation des courbes de dispersion. Les modes de PML sont non intrinsèques à la physique. L’objectif premier de cette thèse est d’obtenir, par superposition modale sur les modes calculés, les champs émis et diffracté dans les guides d’ondes ouverts. Nous montrons dans un premier temps que les trois types de modes appartiennent à la base modale. Une relation d’orthogonalité est obtenue dans la section du guide(incluant la PML) pour garantir l’unicité des solutions. La réponse forcée du guide peut alors être calculée rapidement par une somme sur les modes en tout point du guide. Des superpositions modales sont également utilisées pour construire des frontières transparentes au bord d’un petit domaine élément fini incluant un défaut, permettant ainsi de calculer le champ diffracté. Au cours de ces travaux, nous étudions les conditions d’approximation des solutions par des superpositions modales, limitées seulement aux modes à fuite, ce qui permet de réduire le coût des calculs. De plus, la généralité des méthodes proposées est démontrée par des calculs hautes fréquences (intéressantes pour le CND) et sur des guides tridimensionnels. Le deuxième objectif de cette thèse est de proposer une méthode d’imagerie pour la localisation de défauts. La méthode de l’imagerie topologique est appliquée aux guides d’ondes. Le cadre théorique général, de type optimisation sous contrainte, est rappelé. Le formalisme modal permet un calcul rapide de l’image. Nous l’appliquons pour simuler un guide d’onde endommagé, et nous montrons l’influence du type de champ émis (monomodal, dispersif,multimodal) ainsi que des configurations de mesure sur la qualité de l’image obtenue
Various elements of civil engineering structures are elongated and partially embedded in a solid medium. Guided waves can be used for the nondestructive evaluation (NDE) of such elements. The latteris therefore considered as an open waveguide, in which most of waves are attenuated by leakage losses into the surrounding medium. Furthermore, the problem is difficult to solve numerically because of its unboundedness. In aprevious thesis, it has been shown that the semi-analytical finite-element method (SAFE) and perfectly matched layers(PML) can be coupled for the numerical computation of modes. It yields three types of modes: trapped modes,leaky modes and PML modes. Only trapped and leaky modes are useful for the post-processing of dispersion curves. PML modes are non-intrinsic to the physics. The major aim of this thesis is to obtain the propagated and diffracted fields, based on modal superpositions on the numerical modes. First, we show that the three types of modes belong to the modal basis. To guarantee the uniqueness of the solutions an orthogonality relationship is derived on the section including the PML. The forced response can then be obtained very efficiently with a modal expansion at any point of the waveguide. Modal expansions are also used to build transparent boundaries at the cross-sections of a small finite-element domain enclosing a defect, thereby yielding the diffracted field. Throughout this work, we study whether solutions can be obtained with modal expansions on leaky modes only, which enables to reduce the computational cost. Besides, solutions are obtained at high frequencies (which are of interest for NDE) and in tridimensional waveguides, which demonstrates the generality of the methods. The second objective of this thesis is to propose an imaging method to locate defects. The topological imaging method is applied to a waveguide configuration. The general theoretical framework is recalled, based on constrained optimization theory. The image can be quickly computed thanks to the modal formalism. The case of a damaged waveguide is then simulated to assess the influence on image quality of the emitted field characteristics (monomodal, dispersive or multimodal)and of the measurement configuration

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Lehmann, Lucien. "Apport des structures ridge pour la détection et l’interférométrie à conversion de fréquence MIR en régime de comptage de photons." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0069/document.

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Abstract:

La détection faible flux dans le moyen infrarouge (MIR) est fortement pénalisée par le rayonnement thermique de l’environnement. La principale solution à ce problème consiste à cryogéniser la plus grande partie possible de la chaîne de détection. Cette méthode atteint ses limites pour certaines applications,notamment l’imagerie haute résolution en astronomie par méthode interférométrique. Une solution alternative consiste à utiliser le processus non linéaire de somme de fréquences pour convertir ce rayonnement moyen infrarouge vers des domaines de longueur d’onde où les détecteurs ne sont plus limités par le rayonnement de l’environnement et fonctionnent efficacement en régime de comptage de photons. Les travaux effectués au cours ces trois années sont le prolongement direct de plus d’une décennie de recherche pour la détection et l’interférométrie par conversion de fréquence. Ils s’inscrivent dans la continuité des travaux de thèses de L. Szemendera et de P. Darré, ayant, pour l’un, posé les premières pierres de l’interférométrie par conversion de fréquence dans le MIR et, pour l’autre, démontré la possibilité d’utiliser cette technique sur le ciel à1550 nmen tirant parti de la technologie de guidage ridge. Cette thèse constitue donc la jonction fructueuse de ces travaux antérieurs, rendue possible par une collaboration avec l’institut Femto-ST. L’utilisation de leurs guides PPLN ridge nous a permis de nous placer au niveau de l’état de l’art pour la détection par conversion de fréquence dans le MIR (3,5 μm)avec des démonstrations expérimentales à la fois en laboratoire et sur le ciel (C2PU). Intégrée à un interféromètre à conversion de fréquence à ces mêmes longueurs d’onde, elle a également permis d’en améliorer significativement les performances et la répétabilité de cette technique, principalement dans le cas d’une source spectralement large bande. Parallèlement, notre collaboration avec le réseau de télescopes CHARA, nous a offert l’opportunité d’étudier les problématiques soulevées par une future mise en œuvre de l’instrument sur ce site
Low flux detection in the mid infrared (MIR) is strongly penalized by thermal radiation from the environment. The main solution to this problem is to cryogenize as much of the detection chain as possible.This method is reaching its limits for some applications, including high-resolution imaging in astronomy using interferometric methods. An alternative solution is to use the non-linear process of sum frequency generation to convert this mid infrared radiation to wave length domains where detectors are no longer limited by the radiation from environment and operate efficiently in photon counting regime.The work over these three years is part of more than a decade of research into up-conversion detection and interferometry. It is the expansion of the these works of L. Szemendera and P. Darré. The first one laid the fondation of the up-conversion interferometry in the MIR and the second one demonstrated the possibility of using this technique on the sky at 1550 nm by benefiting from the ridge waveguide technology.Thus, this thesis constitutes the fruitful junction of these earlier works, made possible by a collaboration with the Femto-ST Institute. The use of their PPLN ridge waveguides has enabled us to place ourselves at the state of the art for up-conversion detection in the MIR (3,5 μm) with experimental demonstrations both in the laboratory and on the sky (C2PU). Integrated into a up-conversion interferometer at these same wave lengths, it has also significantly improved the performance and repeatability of this technique,in particular in the case of a spectrally broadband source. At the same time, our collaboration with the CHARA telescope array gave us the opportunity to study the problems raised by a future implementation of the instrument on this site

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Vu, Thi Mai. "Etude des couches minces du système ternaire Ge-Se-Te et fabrication de composants d'optique intégrée IR, briques de base de micro-capteurs optiques de gaz." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20098/document.

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Abstract:

Dans un contexte où les besoins en capteurs de gaz sont de plus en plus importants, en particulier pour la métrologie de l'environnement, il est proposé dans ce travail la réalisation de guides d'onde droits, de guides spirales, de jonctions Y,…, éléments indispensables pour la fabrication de micro-capteurs optiques infrarouges. La réalisation de ces différents éléments, par empilement et gravure de couches amorphes du système ternaire Ge-Se-Te, a nécessité en premier lieu l'étude du dit système. Des couches minces Ge-Se-Te de compositions très différentes ont été déposées par co-évaporation thermique, puis caractérisées en termes d'homogénéité, stabilité thermique, gap optique et indice de réfraction. L'évolution des propriétés en fonction de la composition a ensuite permis de mettre en évidence un domaine de compositions du système Ge-Se-Te particulièrement attractif : dans ce domaine, correspondant aux compositions riches en sélénium (plus de 55 % atomique) et contenant entre 20 et 30 % de germanium, les couches sont en effet monophasées, caractérisées par des températures de transition vitreuse élevées, une grande stabilité thermique, et un domaine de transparence s'étendant de 1 à 16 µm environ. Dans ce domaine de compositions, deux d'entre elles ont été choisies, Ge25Te10Se65 et Ge25Te20Se55, et utilisées pour fabriquer différents circuits d'optique intégrée. Les éléments les plus simples, à savoir des guides d'onde canaux, ont été réalisés en déposant successivement deux couches (Ge25Te10Se65 puis Ge25Te20Se55) sur un substrat silicium, puis en modifiant la géométrie de la couche supérieure d'indice de réfraction plus élevé par usinage ionique, de sorte à obtenir un confinement bidimensionnel de la lumière. Les pertes de propagation de ces guides ont été estimées à 1 dB.cm-1 à la longueur d'onde 1,55 µm. D'autres éléments plus complexes ont ensuite été fabriqués : des guides d'onde courbes pour lesquels les propriétés de guidage ont été obtenues quel que soit le rayon de courbure, des guides spirales ayant donné lieu à un bon guidage de la lumière, des jonctions Y caractérisées par une division satisfaisante de l'intensité lumineuse, ainsi que des interféromètres de type Mach-Zehnder en sortie desquels la lumière a été correctement recombinée
In a context where the needs for gas sensors are increasingly important, especially for environmental metrology, it is proposed in this work to achieve straight waveguides, spirals, Y-junctions, ..., elements essential for the fabrication of infrared optical micro-sensors. The realization of these elements, by stacking and etching of amorphous thin films from the Ge-Se-Te ternary system, first required the study of this system. Ge-Se-Te thin films of very different compositions were deposited by thermal co-evaporation and characterized in terms of uniformity, thermal stability, optical band gap and refractive index. The evolution of the film properties with the composition was then used to highlight a particularly attractive area of compositions in the Ge-Se-Te system: in this domain, corresponding to compositions rich in Se (more than 55 atomic %) and containing between 20 and 30 atomic % in Ge, the layers are indeed single-phase, characterized by high glass transition temperatures, high thermal stability, and a transparency window extending from 1 to about 16 microns. In this composition region, two of them were selected, Ge25Te10Se65 and Ge25Te20Se55, and used to realize different integrated optics circuits. The simplest elements, which are channel waveguides, were made by depositing successively two layers (Ge25Te10Se65 then Ge25Te20Se55) on a silicon substrate, and then by modifying the geometry of the higher refractive index top layer by ion beam etching, so as to obtain a two-dimensional confinement of light. Propagation losses of these straight waveguides were estimated at 1 dB.cm-1 at the 1.55 µm wavelength. Other more complex elements were then fabricated: S-bent waveguides for which the guiding properties were obtained whatever the curvature radius, operational spiral waveguides, Y-junctions able of a satisfactory division of the light intensity, and Mach-Zehnder interferometers at the output of which the light was successfully recombined

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Salemeh, Elie. "Periodic structures : transmission invariance and symmetry effects." Electronic Thesis or Diss., Le Mans, 2024. http://www.theses.fr/2024LEMA1010.

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Abstract:

Une caractéristique du régime localisé dans un milieu désordonné est l’insensibilité du speckle transmis à l’ondeincidente. En optique, l’image sur un écran du champ transmis à travers un milieu désordonné opaque - le speckle- est la même quelles que soient les conditions d’éclairage. Ce phénomène remarquable peut être expliqué parl’analyse des modes propres de transmission du matériau étudié. Le régime localisé se caractérise par laprédominance d’un unique mode, la transmission de tous les autres étant significativement plus faible. Le motifdu champ transmis est alors déterminé par ce seul mode, indépendamment de la source. Un phénomène analogueest possible dans un milieu ordonné, périodique, lorsque l’onde propagée dans le milieu est principalement portéepar un unique mode de Bloch. L’onde propagée dans le milieu périodique est alors progressivement « gelée »,présentant un même motif, quelque soit la source qui l’a générée. Le travail présenté vise à caractériser etobserver expérimentalement ce phénomène dans le cas de la propagation dans un guide d’onde périodique. Il viseaussi à caractériser ce phénomène dans le cas de la transmission à travers un réseau de diffraction. Finalementnous nous intéressons aux effets de la symétrie lorsqu’une barrière opaque est placée dans un guide d’ondespériodique, en particulier au gain de la transmission induit par la symétrie
A characteristic of the localized regime in a disordered medium is the insensitivity of the transmitted speckle tothe incident wave. In optics, the image on a screen of the transmitted field through an opaque disordered medium- the speckle - remains the same regardless of the lighting conditions. This remarkable phenomenon can beexplained by analyzing the eigenmodes of transmission of the studied material. The localized regime ischaracterized by the predominance of a single mode, with the transmission of all other modes being significantlyweaker. The pattern of the transmitted field is then determined by this single mode, regardless of the source. Asimilar phenomenon is possible in an ordered, periodic medium, when the wave propagated in the medium ismainly carried by a single Bloch mode. The wave propagated in the periodic medium is then gradually "frozen",presenting the same pattern, regardless of the source that generated it. The presented work aims to characterizeand to observe experimentally this phenomenon in the case of propagation in a periodic waveguide. It also aims tocharacterize this phenomenon in the case of transmission through a diffraction grating. Finally, we are interestedin the effects of symmetry when an opaque barrier is placed in a periodic waveguide, specifically focusing on thetransmission enhancement induced by symmetry

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Voineau, Florian. "Systèmes communicants haut-débit et bas coûts par guide d’ondes en plastique." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0178/document.

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Abstract:

L’évolution actuelle de la société vers un monde de plus en plus numérique et connecté nécessite des liens de communication à la fois haut-débit et bas coûts. A cette fin, les guides d’ondes en plastique proposés ces dernières années visant les bandes de fréquences millimétriques (mm) offrent un compromis performance / coût très attractif.Profitant ainsi de larges bande-passantes de l’ordre de plusieurs gigahertz (GHz), des performances des technologies CMOS avancées aux fréquences mm mais également de tolérances d’assemblage relâchées, des systèmes de communication avec de tels guides d’ondes en plastique pourraient offrir des débits de plusieurs gigabits par seconde (Gb/s) sur des distances de plusieurs mètres de manière abordable.Dans ce travail, la conception d’un guide d’ondes en plastique est tout d’abord présentée en se basant à la fois sur des résultats théoriques et de simulation électromagnétique. Bien que les promesses de faible atténuation aient effectivement été confirmées, certaines limitations du confinement et de la robustesse aux contacts extérieurs sont également apparues. L’ajout d’une mousse protectrice est brièvement investiguée, mais une géométrie innovante de guide présentant des caractéristiques améliorées est principalement détaillée.Des thématiques « systèmes » sont ensuite explorées afin de construire un système de communication utilisant ce nouveau canal de propagation. Une architecture combinant la modulation de phase en quadrature (QPSK) et le multiplexage en fréquence est ainsi introduite. L’interface entre le circuit et le guide d’ondes a par ailleurs été identifiée comme une limitation potentielle à la bande-passante globale du système. Par conséquent, une transition très large-bande a été conçue et testée pour lever ce verrou. De même, en raison des inconvénients des techniques usuelles de démodulation de signaux mm QPSK, une topologie originale utilisant les non-linéarités des oscillateurs à injection a été développée.Enfin, la conception d’un émetteur mm en technologie silicium avancée (CMOS 28 nmFD-SOI) est décrite. Les contributions majeures incluent l’introduction de coupleurs hybrides intégrés à haute-performance ainsi que la réalisation d’un circuit de synchronisation. Celui-ci présente une large plage de capture et permet un fonctionnement à faible bruit de phase lorsque le système est verrouillé sur la cinquième harmonique du signal de référence. Des mesures sur signaux modulés ont également permis de mettre en évidence la capacité de l’émetteur à transmettre des débits très élevés de plusieurs Gb/s
In a world willfully transitioning to the Digital Age, the thirst for connectivity demands high-speed communication links at low cost. In this context, affordable plastic waveguides have been proposed as a disruptive propagation channel in the millimeter-wave (mmW) range. Benefiting from multi gigahertz (GHz) bandwidths and mmW capabilities of advanced CMOS technologies as well as relaxed assembly tolerances requirements, cost-effective communication systems based on plastic waveguides could offer multi gigabits per second (Gb/s) data rates over several meters distances.In this work, the design of plastic waveguide channels is first discussed using both a theoretical approach and Electromagnetic (EM) simulations. Although low attenuation promises have been confirmed, some limitations are also highlighted, especially as regards confinement ability and robustness to external contacts. Solutions involving foam coating are briefly investigated and an innovative plastic waveguide design demonstrating improved characteristics is introduced.System-level topics are then explored in order to build a communication system using the previously presented channel. A new architecture, which combines Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) and frequency multiplexing, is found to be much more suitable. The transition from the circuit to the plastic waveguide has also been identified as a potential bandwidth bottleneck. Consequently, a wideband microstrip to WR-12 transition has been designed. Another limitation concerning the demodulation of QPSK mmW signals is investigated and an original topology using the non-linearities of Injection Locked Oscillators (ILO) has been developed.Finally, the design of a mmW transmitter in an advanced silicon technology node (CMOS 28 nm FD-SOI) is described. Major contributions include the introduction of high-performance integrated hybrid couplers and the realization of a wide locking range synchronization circuit enabling low phase-noise operation when locked on the fifth harmonic of a reference signal. Measurements on modulated signals have validated the transmitter high data-rate capability of several Gb/s

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Gromovyi, Maksym. "Génération de seconde harmonique dans des guides d’ondes à base de nitrure d’éléments III." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4018/document.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l’étude de la génération de deuxième harmonique (SHG) dans des guides d’ondes de Nitrure d’éléments III. Un des buts principaux de ce travail, était d’identifier les origines des pertes à la propagation dans les guides d’ondes GaN et de fortement les réduire dans des guides présentant des possibilités d’accord de phase, pour améliorer l’efficacité de la SHG. Nous avons fait un progrès très important dans cette direction et avons fabriqué des guides d’ondes plans de GaN épitaxiés sur des substrats de saphir avec des pertes à la propagation inférieure à 1dB/cm dans le visible. Dans ces guides d’ondes à faibles pertes, il a été possible d’obtenir un processus de SHG efficace en utilisant l’accord de phase modal. Nous avons obtenu 2% de conversion entre une pompe dans le proche infrarouge et un harmonique dans le visible, ce qui correspond à une efficacité de conversion normalisée de 0,15%W-1cm-2. Les pertes à la propagation et l’efficacité de conversion obtenues sont les meilleurs résultats rapportés jusqu'ici pour des guides d’ondes plan en GaN. De plus, nous avons étudié des guides d’ondes de Nitrure d’éléments III épitaxiés sur des substrats de Si, dont la fabrication demande de relever plusieurs défis, mais qui ouvrent des possibilités intéressantes. La première est la possibilité de graver sélectivement les nitrures ou le Si, ce que nous avons utilisé pour développer une plate-forme permettant la fabrication d’objets suspendus comme des micro-disques, des guides d’ondes et des micro-disques couplés à un guide d’ondes. Cette plate-forme a permis la première démonstration de SHG doublement résonante en utilisant un accord de phase modal entre des modes de galerie du micro-disque. Bien que toutes les expériences que nous avons exécutées aient été faites dans une région spectrale limitée, l’étude numérique présentée dans ce manuscrit démontre la grande adaptabilité de cette plate-forme basée sur la possibilité de faire varier la composition des guides d’ondes AlGaN de GaN pur à AlN pur. La deuxième possibilité liée à l’épitaxie de nitrures d’éléments III sur Si, est qu'en la combinant avec des techniques de report, on peut jouer avec des guides nitrures d’éléments III sur SiO2. Nos résultats numériques révèlent le potentiel complet des guides d’ondes d’AlGaN en démontrant qu’en utilisant différentes combinaisons de mode et en jouant sur la composition et la géométrie des guides d’ondes, il est possible d’obtenir un signal de deuxième harmonique dans l’ultra-violet, le visible ou le proche-infrarouges. Ces résultats montrent aussi, que pour améliorer encore l’efficacité de la SHG, on doit fabriquer des guides d’ondes canaux présentant un isolement optique parfait du substrat de Si et une inversion de polarité précisément placée dans le cœur du guide d’ondes. Dans une telle structure on pourrait profiter simultanément du confinement de la puissance, de l’accord de phase modal et d’un recouvrement optimisé des modes en interaction. Dans ce cas, nos calculs montrent que l’efficacité de conversion pourrait atteindre 100%W-1cm-2. Au cours de ce travail nous avons pu tester des guides canaux et des guides présentant une inversion de polarité dans le cœur. La qualité des flancs des guides canaux s’est avérée être tout à fait encourageante, mais leur performance non linéaire sont restées très limitées, principalement à cause de fortes pertes à la propagation dues au couplage avec le substrat absorbant et à la forte rugosité de surface des couches inversées. Les structures utilisant les techniques de report, n'ont pu être testées car elles ont cassé en cour de fabrication. L'obtention de guides optimisés exige de progresser encore pour réaliser des couches de confinement optique plus épaisses et/ou d’adapter la technique de report à ces matériaux
This work is dedicated to the study of the second harmonic generation (SHG) in III-Nitride waveguides. One of the main goals of this work, was to identify the origins of the propagation losses in GaN waveguides, and to strongly reduce them in waveguides presenting some phase matching possibilities, in order to improve the SHG efficiency. We have made a very important progress in this direction, and fabricated by hetero-epitaxy GaN planar waveguides on sapphire substrates with propagation losses below 1dB/cm in the visible spectral region. These low-loss waveguides were used for the demonstration of an efficient second harmonic generation process using modal phase matching. We obtained 2% of power conversion from the near-infrared to the visible spectral regions with a normalized efficiency of 0.15%W-1cm-2. The obtained propagation losses and conversion efficiency are the best-reported results so far for GaN planar waveguides. In addition, we have studied epitaxial III-nitride waveguides on Si substrates, which are very challenging to fabricate, but opens new interesting opportunities. The first one is the possibility to etch selectively the nitrides or the Si. The selective chemical etching was used to develop a platform allowing the fabrication of suspended objects such as micro-disks, waveguides and micro-disks coupled to a waveguide. This platform has allowed the first demonstration of doubly resonant SHG using phase matching between the whispering gallery modes of a micro-disk. Although all the experiments we performed were done in a limited spectral region, the numerical study presented in this manuscript demonstrates the large adaptability of this platform based on the possibility of varying the composition of AlGaN waveguides from pure GaN to pure AlN. The second opportunity of epitaxial III-nitrides layers on Si is the possibility to combine them with report technologies to obtain III-nitride waveguides on SiO2. Our numerical results reveal the full potential of AlGaN waveguides by demonstrating that using different mode combinations and playing with waveguides composition and geometry, it is possible to obtain a second harmonic signal in the ultraviolet, the visible or the near-infrared spectral regions. These results also demonstrate, that to further improve the SHG efficiency, one has to fabricate ridge waveguides presenting a perfect optical isolation from the Si substrate and a polarity inversion precisely positioned in the core of the waveguide. In these structures one could benefit simultaneously from the power confinement, the modal phase matching and an optimized overlap of the interacting modes. In this case, we calculate that the conversion efficiencies could be as high as 100%W-1cm-2. Both ridge waveguides and polarity inversion were tested in this work. The quality of the ridges was quite encouraging, but their nonlinear performance remained limited mainly because of the high propagation losses due to the coupling with the absorbing substrate and to the roughness of the surface of the epitaxial inverted layers. The structures fabricated using the report technique, haven’t been tested, as they were broken during their fabrication. Getting fully optimized waveguides requires further progresses in realizing thicker optical buffer layers and/or adapting the report technique to these materials

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Billy, Juliette. "Propagation quantique d’ondes de matière guidées : laser à atomes et localisation d’Anderson." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112023.

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Abstract:

Cette thèse a pour objet l'étude du transport quantique d'ondes de matière, obtenues à partir de condensats de Bose-Einstein, en connection avec les problèmes de transport électroniques dans les solides. En effet, les atomes froids, de part le très bon contrôle qu'ils offrent sur les paramètres du système, sont aujourd'hui utilisés pour revisiter des problèmes fondamentaux de la matière condensée. Dans cette thèse, nous étudions en particulier la propagation d'une onde de matière créée par un condensat en expansion dans un guide optique 1D en présence de désordre, réalisé par un champ de tavelures laser (speckle). Cette étude a conduit à la première observation directe de la localisation d'Anderson 1D d'ondes de matière. Ce phénomène, emblématique de l'effet du désordre sur la propagation des ondes et initialement prédit dans le domaine de la matière condensée pour expliquer la transition métal-isolant, a en effet été mis en évidence avec divers types d'ondes classiques mais n'avait jamais été observé directement avec des ondes de matière. Ces travaux sont le point de départ à des expériences de transport quantique plus complexes. En parallèle, nous étudions un nouveau type d’onde de matière: le laser à atomes guidé. Celui-ci se propage avec une longueur d'onde de de Broglie élevée et offre la possibilité de contrôler indépendamment son énergie et son flux. Le laser à atomes est ainsi particulièrement adapté à l'étude de phénomènes de transport quantique. Nous présentons dans cette thèse la caractérisation de sa largeur spectrale, réalisée à partir de la mesure de la transmission du laser à atomes à travers une barrière de potentiel épaisse, réalisée optiquement
This thesis presents the study of the quantum transport of matter waves, obtained from a Bose-Einstein condensate, in connection with electronic transport in solids. Indeed, cold atoms, which allow a very good control on the parameters of the system, are used nowadays to revisit fundamental problems of condensed matter physics. In this thesis, we study in particular the propagation of a condensate released into a one-dimensional optical guide in presence of a disorder created by laser speckle. This study leads to the first direct observation of the 1D Anderson localization of matter waves. This phenomenon, emblematic of the effect of disorder on the propagation of waves and initially predicted in condensed matter physics to explain the metal-insulator transition, has indeed been reported with different types of classical waves but had never been directly observed with matter waves. This work paves the way to more complex quantum transport experiments. In parallel, we study a new type of matter wave: the guided atom laser. This atom laser is propagating with a high de Broglie wavelength and offers the opportunity to control independently both its energy and flux. It is therefore well suited for studying quantum transport phenomena. We present in this thesis the characterization of its spectral width, performed via the measure of the transmission of the atom laser through a thick optical barrier

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Aït, Oukaci Kosseila. "Domaines magnétiques périodiques pour la propagation guidée d’ondes de spin." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0100.

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Abstract:

L'International Technology Roadmap for Semiconductors a identifié les dispositifs à base d'ondes de spin comme une alternative à la technologie CMOS pour les dispositifs logiques. Cependant, les dispositifs standards souffrent de plusieurs inconvénients liés à la miniaturisation et n'offrent pas la possibilité d'aborder le domaine des dispositifs logiques entièrement reprogrammables. L'objectif de ma thèse est d'établir une nouvelle voie vers des dispositifs logiques évolutifs et reprogrammables. Cette voie repose sur la stabilisation de domaines magnétiques périodiques rectilignes dont l’orientation peut être configurée à souhait pour ouvrir ou fermer le canal de transmission de l’information. Ce canal sera formé dans un matériau à faible amortissement pour une propagation des ondes de spin sur des distances microniques. D’une part, des domaines magnétiques de type Weak Stripes ont été obtenus dans l’alliage Co₄₀Fe₄₀B₂₀. Nous avons montré que ces domaines sont facilement orientables, ce qui permettra de facilement ouvrir ou fermer le canal de transmission des ondes de spin. Un amortissement inférieur à 7.10⁻³ peut être obtenu. La microscopie magnétique nous a permis de déterminer l’angle de l’aimantation dans les bandes, sa distribution spatiale ainsi que sa variation sous champ magnétique. De plus, nous avons montré pour la première fois la configuration de surface de ces Weak Stripes, configuration en accord avec les simulations micromagnétiques. D’autre part, des domaines magnétiques de type Strong Stripes sont obtenus dans les multicouches [Co/Ni]n. Leurs propriétés sont proches de celles observées dans d’autres matériaux comme le Co épitaxié. Un coefficient d’amortissement inférieur à 8.8 ×10⁻³ est obtenu, parmi les plus petits pour des systèmes à aimantation perpendiculaire. Leurs propriétés magnétiques microscopiques montrent que l’orientation des bandes est plus difficile à obtenir à cause d’une transformation bandes/bulles non encore répertoriée dans la littérature
The International Technology Roadmap for Semiconductors has identified spin wave devices as an alternative to CMOS technology for logic devices. The interest of these emerging devices lies in the scalability needed to process the ever-increasing amount of data generated by our information and communication society while maintaining low power consumption. However, standard devices suffer from drawbacks related to miniaturization and do not offer the possibility to enter the field of fully reprogrammable logic devices. The objective of my thesis is to establish a new path towards scalable and reprogrammable logic devices. This path is based on the stabilization of rectilinear periodic magnetic domains whose orientation can be configured to open or close the transmission channel. This channel will be formed in a low-damping material for spin wave propagation over micron distances. On one hand, magnetic domains of the Weak Stripes type have been obtained in the Co₄₀Fe₄₀B₂₀ alloy. We have shown that these domains are easily orientable, which will allow to easily open or close the transmission channel of spin waves. We show that a damping lower than 7×10⁻³ can be obtained. Magnetic microscopy allowed us to determine the angle of magnetization in the stripes, its spatial distribution as well as its variation under magnetic field. In addition, we show for the first time the surface configuration of these Weak Stripes, a configuration in accordance with the micromagnetic simulations. On the other hand, Strong Stripes magnetic domains are obtained in the [Co/Ni]n multilayers. Their properties are close to those observed in other materials such as Co epitaxial films. A damping coefficient lower than 8.8 ×10⁻³ is obtained, among the smallest for perpendicular magnetization systems. The study of their microscopic magnetic properties shows that the orientation of straight domains is more difficult to obtain because of a stripe/bubble transformation which has not yet been documented in the literature

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Nauleau, Pierre. "Vers la mesure d’ondes circonférentielles guidées par la coque corticale du col du fémur." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066499.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement d’une méthode ultrasonore de prédiction du risque de fracture de la hanche. Nous pensons que l’estimation de l’épaisseur et des propriétés élastiques de la coque corticale améliorerait la prédiction de ce risque. L’exploitation des ondes guidées par la coque pourrait permettre d’obtenir ces estimées. Dans le cadre du contrôle non destructif, une méthode basée sur la décomposition de l’opérateur de retournement temporel (DORT) a permis de caractériser des tubes métalliques de section circulaire vides. L’objectif de la thèse est d’adapter cette méthode aux spécificités du col fémoral. Différents fantômes ont été construits afin de découpler les problèmes posés par les propriétés particulières de l’os. Un fantôme d’os vide de section circulaire a tout d’abord été utilisé pour optimiser les conditions expérimentales afin d’observer les ondes guidées circonférentielles en dépit des propriétés matérielles défavorables de l’os. Ensuite, l’étude en simulation de fantômes d’os de section circulaire remplis de fluide imitant la moelle osseuse a conduit à proposer une méthode de filtrage permettant de s’affranchir des réflexions parasites sur les parois de la cavité. Enfin, l’analyse du rayonnement des ondes guidées a permis de généraliser la méthode initiale à des coques de section quelconque, en particulier à une coque elliptique. A l’issue de cette thèse, on dispose d’outils permettant de caractériser des guides d’ondes de section quelconque, d’épaisseur constante dont la cavité peut être vide ou remplie d’un fluide. Cela représente un premier pas vers la caractérisation ultrasonore du col du fémur
This thesis is part of the long-term development of an ultrasonic device of prediction of the fracture risk of the hip. We hypothesize that estimations of the thickness and elastic properties of the cortical shell could enhance the prediction of the risk. Analysis of the waves guided by the shell could yield these estimates. A method, in non-destructive testing, based on the decomposition of the time reversal operator (DORT) was developed to characterize empty metallic tubes. The goal of this thesis is to adapt this method to the specific features of the femoral neck. Several phantoms were built in order to decouple the problems due to the bone characteristics. First, an empty bone phantom of circular cross-section was used to optimize the experimental conditions to measure circumferential guided wave backscattered signals despite adverse material properties of bone. Second, the simulation study of bone phantoms of circular cross section filled with a marrow-mimicking fluid led to the development of a filtering method to eliminate contributions of reflections on the cavity walls. Finally, the analysis of the radiated guided waves enables us to extend the method to shells of any shape, in particular to an elliptical shell. These thesis works result in several tools to characterize waveguides of any shape, with constant thickness, the cavity being empty or filled with a fluid. This represents a significant step towards the ultrasonic characterization of the femoral neck

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Mazzamurro, Aurélien. "Étude du couplage piézo-magnétique dans les guides d’ondes électro-acoustiques hyperfréquences : application aux capteurs de champ magnétique." Thesis, Centrale Lille Institut, 2020. http://www.theses.fr/2020CLIL0008.

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Abstract:

Les hétérostructures piézo-électro-magnéto-élastiques en couches minces se dressent comme des candidats prometteurs dans le domaine de la détection de champ magnétique de faible intensité et spatialement résolu, à température ambiante. Cette thèse porte donc sur l’étude du couplage piézo-magnétique dans les guides d’ondes électro-acoustiques hyperfréquences basés sur des couches minces nanostructurées à anisotropie uniaxiale, déposées sur substrats piézoélectriques. Premièrement, les structures investiguées sont constituées d’un empilement multicouche TbCo2/FeCo déposé sur un substrat de Quartz ST-X90°. Celles-ci permettent d’exploiter le mode transverse horizontal présentant la plus grande sensibilité. La possibilité d’induire, par le champ magnétique, une conversion de mode acoustique, pouvant potentiellement être utilisé dans la conception de capteurs de champ magnétique ultra-sensibles, est également démontrée. Cette étude permet aussi de valider le modèle théorique piézo-magnétique développé, par la mesure des variations de vitesse de phase des ondes élastiques guidées en fonction de l’intensité et de la direction du champ magnétique. Ensuite, deux concepts de mesure sont proposés afin d’améliorer la résolution de la mesure des capteurs, dépendante essentiellement du temps de transit de l’onde élastique dans la couche magnéto-élastique : la réflectométrie temporelle acoustique et l’exploitation d’un mode de cavité localisé dans la couche magnéto-élastique. Enfin, l’optimisation du couple anisotropie uniaxiale/magnétostriction de l’empilement multicouche TbCo2/FeCo est abordée, celui-ci jouant un rôle majeur dans la sensibilité et la dynamique des capteurs étudiés
Thin-film piezo-electro-magneto-elastic heterostructures stand out as promising candidates in the field of spatially resolved, low-intensity magnetic field detection at room temperature. Thus, this thesis focuses on the study of piezomagnetic coupling in microwave electro-acoustic waveguides based on nanostructured thin films with uniaxial anisotropy, deposited on piezoelectric substrates. Firstly, the investigated structures consist in a TbCo2/FeCo multilayer stack deposited on a ST-X90° Quartz substrate, to exploit the horizontal transverse mode presenting the highest sensitivity. The possibility to induce, via the magnetic field, an acoustic mode conversion, potentially usable in the design of ultra-sensitive magnetic field sensors, is also demonstrated. In addition, this study validated the developed theoretical piezo-magnetic model, by measuring the phase velocity variations of the guided elastic waves as a function of the intensity and direction of the applied magnetic field. Then, two measurement concepts are proposed in order to improve the resolution of the sensor measurement, which depends essentially on the transit time of the elastic wave in the magneto-elastic layer: the acoustic time domain reflectometry and the exploitation of a cavity mode located in the magneto-elastic layer. Finally, the optimization of the uniaxial anisotropy/magnetostriction couple of the TbCo2/FeCo multilayer stack is addressed, as it plays a major role in the sensitivity and dynamics of the studied sensors

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Mazzamurro, Aurélien. "Étude du couplage piézo-magnétique dans les guides d’ondes électro-acoustiques hyperfréquences : application aux capteurs de champ magnétique." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2020. http://www.theses.fr/2020ECLI0008.

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Abstract:

Les hétérostructures piézo-électro-magnéto-élastiques en couches minces se dressent comme des candidats prometteurs dans le domaine de la détection de champ magnétique de faible intensité et spatialement résolu, à température ambiante. Cette thèse porte donc sur l’étude du couplage piézo-magnétique dans les guides d’ondes électro-acoustiques hyperfréquences basés sur des couches minces nanostructurées à anisotropie uniaxiale, déposées sur substrats piézoélectriques. Premièrement, les structures investiguées sont constituées d’un empilement multicouche TbCo2/FeCo déposé sur un substrat de Quartz ST-X90°. Celles-ci permettent d’exploiter le mode transverse horizontal présentant la plus grande sensibilité. La possibilité d’induire, par le champ magnétique, une conversion de mode acoustique, pouvant potentiellement être utilisé dans la conception de capteurs de champ magnétique ultra-sensibles, est également démontrée. Cette étude permet aussi de valider le modèle théorique piézo-magnétique développé, par la mesure des variations de vitesse de phase des ondes élastiques guidées en fonction de l’intensité et de la direction du champ magnétique. Ensuite, deux concepts de mesure sont proposés afin d’améliorer la résolution de la mesure des capteurs, dépendante essentiellement du temps de transit de l’onde élastique dans la couche magnéto-élastique : la réflectométrie temporelle acoustique et l’exploitation d’un mode de cavité localisé dans la couche magnéto-élastique. Enfin, l’optimisation du couple anisotropie uniaxiale/magnétostriction de l’empilement multicouche TbCo2/FeCo est abordée, celui-ci jouant un rôle majeur dans la sensibilité et la dynamique des capteurs étudiés
Thin-film piezo-electro-magneto-elastic heterostructures stand out as promising candidates in the field of spatially resolved, low-intensity magnetic field detection at room temperature. Thus, this thesis focuses on the study of piezomagnetic coupling in microwave electro-acoustic waveguides based on nanostructured thin films with uniaxial anisotropy, deposited on piezoelectric substrates. Firstly, the investigated structures consist in a TbCo2/FeCo multilayer stack deposited on a ST-X90° Quartz substrate, to exploit the horizontal transverse mode presenting the highest sensitivity. The possibility to induce, via the magnetic field, an acoustic mode conversion, potentially usable in the design of ultra-sensitive magnetic field sensors, is also demonstrated. In addition, this study validated the developed theoretical piezo-magnetic model, by measuring the phase velocity variations of the guided elastic waves as a function of the intensity and direction of the applied magnetic field. Then, two measurement concepts are proposed in order to improve the resolution of the sensor measurement, which depends essentially on the transit time of the elastic wave in the magneto-elastic layer: the acoustic time domain reflectometry and the exploitation of a cavity mode located in the magneto-elastic layer. Finally, the optimization of the uniaxial anisotropy/magnetostriction couple of the TbCo2/FeCo multilayer stack is addressed, as it plays a major role in the sensitivity and dynamics of the studied sensors

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Barras, Jordan. "Prédiction modale du rayonnement d’ondes élastiques guidées par une source quelconque dans une structure fine - application au contrôle non destructif." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASG020.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la modélisation de la propagation d’ondes élastiques guidées (OG) dans des structures fines - de type plaque - en vue de leur contrôle non-destructif (CND). Ces ondes sont générées par des traducteurs ultrasonores quelconques placés à la surface de la pièce - par exemple une céramique PZT ou un EMAT. On développe un modèle semi-analytique, nommé modèle du pinceau modal d’ondes guidées. Ce modèle se base sur les approximations de l’acoustique géométrique, ce qui le rend particulièrement performant du point de vue numérique et permet de simuler la propagation d’OG sur de longues distances plus rapidement qu’avec des modèles numériques classiques. Le champ de déplacement est alors prédit seulement aux points d’intérêt. Un pinceau peut être utilisé pour traiter de façon générique les réflexions multiples d’une onde sur les bords latéraux de la plaque. Le modèle prend également en compte aussi bien les matériaux métalliques (isotropes) que les matériaux composites (anisotropes) ; la plaque peut également être courbée et avoir des propriétés mécaniques continûment variables. Les formes d’ondes sont obtenues sous la forme de leur décomposition modale, ce qui facilite grandement leur interprétation. Enfin, des comparaisons avec un modèle d’éléments finis permettent de valider l’approche de pinceaux
This thesis focuses on the modelling of the propagation of elastic guided waves (GW) in thin plate like structures for their non-destructive testing (NDT). These waves are generated by any ultrasonic transducer positioned on the surface of the piece - for example, a PZT ceramic or an EMAT. A semianalytical model, the so-called GW modal pencil model, has been developed. It is based on the geometrical acoustic approximation, which makes it particularly efficient from a numerical point-of-view and able to simulate GW propagation over long distances faster than with conventional numerical models. The displacement field is then predicted only at the points of interest. The pencil model can be used to generically deal with multiple reflections of GW on plate edges. It also takes into account plates made of either metallic (isotropic) or composite (anisotropic) materials. The plate can be curved and have continuously variable mechanical properties. The waveforms are obtained in the form of their modal decomposition, which greatly eases their interpretation. Finally, comparisons with a finite element model allow the pencil approach to be validated

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Beauvais, Romain. "Effets non linéaires acoustiques et couplages fluide-structure dans les guides d’ondes : application à des conduites de compresseurs alternatifs." Thesis, Le Mans, 2019. http://www.theses.fr/2019LEMA1015.

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Abstract:

Dans les industries de production pétrolière, chimique et gazière, les procédés de fabrication induisent l'utilisation de tuyauteries soumises à des gaz à hautes pression et température. Le transport du gaz est assuré par des compresseurs alternatifs raccordés à ces tuyauteries, dont le fonctionnement normal engendre la propagation d'ondes acoustiques menant à des vibrations de structures par couplage entre la colonne de gaz et la tuyauterie. Comprendre l'établissement et maîtriser le niveau de ces vibrations est un enjeu dimensionnant en raison de leur impact sur la sécurité des installations. Or, l'augmentation des vitesses de rotation des gammes de compresseurs, a accentué la génération de phénomènes acoustiques non linéaires. Ces phénomènes peuvent apparaître de manière générale au cours de la propagation pour des tuyauteries de grandes longueurs ou de manière locale au niveau des changements de section. Une modélisation numérique monodimensionnelle de la propagation non linéaire dans un réseau de tuyauterie est développée dans le domaine temporel et s'appuie sur le choix d'un modèle numérique par méthode FDTD. Parallèlement, une étude est menée concernant le couplage vibroacoustique entre le fluide et une tuyauterie coudée. La propagation d'ondes acoustiques engendre l'apparition de forces localisées au niveau des coudes. Le non-équilibrage de ces forces engendre des vibrations. La mesure des caractéristiques modales (déformées, fréquences et amortissement) est réalisée au moyen de tests vibratoires en des points stratégiques. Une méthode inverse est ensuite proposée afin de connaît le champ de pression interne à partir de mesures non intrusives d'accélération
In the oil, chemical and gas industries, the manufacturing processes induce the use of pipelines subjected to gases at high pressure and temperature. The gas is transported by reciprocating compressors connected to these pipelines, whose normal operation generates the propagation of acoustic waves causing structural vibrations by coupling between the gas column and the piping system. Understanding the behavior and controlling the level of these vibrations is a major challenge because of their impact on the safety of the installations. However, the increase in the rotational speeds of new compressors has accentuated the generation of non-linear acoustic phenomena that can occur locally at section discontinuities (orifice, expansiona areas) or along the propagation in long pipes. A one-dimensional numerical model of non-linear propagation in a pipe network with cross-section discontinuities is developed in the time domain. This model is based on the choice of a FDTD (Finite Difference Time Domain) scheme adapted to weakly non-linear propagation with viscothermic losses in wave guides.In the meantime, a study is carried out on the vibroacoustic coupling between the fluid and a bent pipe. The propagation of plane acoustical waves generates the appearance of localized forces at the bends of a pipe. Vibrations are then induced by the unbalancing of these forces. The measurement of modal parameters (mode shapes, frequency and damping) is carried out by means of vibration tests at strategic points on the pipe. Then an inverse method is proposed in order to estimate the internal pressure field, based on non-intrusive acceleration measurements

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Enderlin, Alexandre. "Contrôle cohérent des excitations électroniques d’une boîte quantique unique." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066170.

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Abstract:

Nous avons étudié les propriétés de cohérence d’une paire électron-trou confines dans une boîte quantique (BQ) unique. Ce travail a été réalisé sur deux types de BQs : d’une part, des BDs de GaAs sur GaAlAs obtenues par fluctuations d’épaisseur aux interfaces, et d’autre part, des BQs auto-organisées d’InAs sur GaAs. Afin d’exciter de manière résonnante la transition fondamentale de BQs, celles-ci sont insérées dans un guide d’onde unidimensionnel. La luminescence des BQs est collectée par la surface du guide d’onde, de telle façon à séparer la luminescence du laser diffusé. Tout d'abord, nous avons observé des oscillations de Rabi sur l'intensité de la micro-photoluminescence en fonction de l'aire de l'impulsion lumineuse d'excitation. Ceci démontre l'existence d'une régime de couplage fort entre une BQ unique et l'impulsion. Deuxièmement, une paire électron-trou peut être manipuler par un train de deux impulsions, dans une expérience dite de contrôle cohérent. En fonction de la différence de phase entre les deux impulsions, des interférences constructives ou destructives entrainent, respectivement, une augmentation ou une diminution de l'intensité de la luminescence de la BQ. Nous avons montré que deux impulsions π permettent de mesurer le temps de vie, T1, de l'état excité et deux impulsions π/2 sont utilisées pour mesurer le temps de cohérence, T2. Les résultats expérimentaux montrent que le temps de décohérence total, T2 (170 ps), est du même ordre de grandeur que le temps de vie T1 (200 ps) bien que le limite supérieure de 2T1 ne soit pas atteinte. Nous en concluons que la perte de cohérence est autant dû à l'émission spontanée qu'aux processus de déphasage pur.

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Neradovskiy, Maxim. "Guides d’ondes dans un cristal de niobate de lithium périodiquement polarisé : fabrication et étude par des techniques de microscopie à sonde locale." Thesis, Nice, 2016. http://www.theses.fr/2016NICE4035/document.

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Abstract:

Nous avons étudié l'influence de la fabrication de guides d'ondes optiques par échange protonique doux(SPE) sur les cristaux de niobate de lithium (LN) polarisé périodiquement et nous avons montré que,dans certains cas, ce processus conduit à la création de nanodomaines en surface. Ces nanodomaines enforme d'aiguille peuvent être responsables de la réduction de l'efficacité de conversion non linéaireobservée dans les guides qui sont affectés. Nous avons également étudié l'influence de différents typesd'échange protonique sur la formation, par application d'un champ électrique, de domaines dans le LNcongruent. Cette étude montre que le seuil de nucléation peut être fortement réduit par la présence duguide d'onde et que l'apparition et le développement des domaines en forme de traits est fortementmodifiée. Elle montre également que la fusion des nanodomaines existants au voisinage des parois dedomaine aboutit à la formation de parois élargies et de domaines en forme de dendrites. En irradiantavec un faisceau d'électrons la surface Z- d'un échantillon de LN préalablement soumis à un échangeprotonique doux et recouvert d'une couche de résine électronique, nous avons réussi à former desdomaines avec des formes arbitraires. Par cette technique, nous avons fabriqué des domainespériodiques d'excellente qualité dans des cristaux présentant des guides canaux SPE. Des expériences degénération de deuxième harmonique dans ces guides nous ont permis d'obtenir des efficacités deconversion de 48%/W.cm2 ce qui est conforme aux prédictions ainsi que la forme des spectres d'accordde phase que nous avons observés. Ceci démontre tout l'intérêt de ce processus
The investigation of influence of the soft proton exchange (SPE) optical waveguide (WG) creation onperiodically poled lithium niobate (PPLN) has been done. It has been shown that the WG fabricationprocess can induce the formation of needle like nanodomains, which can be responsible for thedegradation of the nonlinear response of the WG created in PPLN crystals. The domain structure (DS)evolution has been studied in congruent lithium niobate (LN) crystals with surface layers modified bythree different proton exchange techniques. The significant decrease of the nucleation threshold fieldand qualitative change of domain rays nucleation and growth have been revealed. The formation of abroad domain boundary and dendrite domain structure as a result of nanodomains merging in front ofthe moving rays has been demonstrated. The formation of DS in LN with SPE by irradiation of coveredby electron resist polar surface of LN has been investigated. Formation of domains with arbitrary shapesas a result of discrete switching has been revealed. Finally, it has been demonstrated that electron beamirradiation of lithium niobate crystals with surface resist layer can produce high quality periodical domainpatterns after channel waveguide fabrication. Nonlinear characterizations show that the conversionefficiencies and the phase matching spectra conform to theoretical predictions, indicating that thiscombination presents a great interest for device fabrication. Second harmonic generation withnormalized nonlinear conversion efficiency up to 48%/(W cm2) has been achieved in such waveguides

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Foucaud, Simon. "Propagation d'ondes dans un guide inhomogène : application à la cochlée." Thesis, Toulouse, ISAE, 2012. http://www.theses.fr/2012ESAE0027/document.

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Abstract:

Dans la cochlée, la réponse couplée de sa structure et de son fluide interne peut être représentée sous la forme d’une onde dont les caractéristiques varient en fonction de la position longitudinale. La méthode asymptotique Wentzel-Kramers-Brillouin est adaptée à la modélisation de ce type d’onde. Dans un premier temps, cette méthode est reprise. Un modèle numérique est également développé et les résultats des deux méthodes sont comparés. Dans un deuxième temps, la métohde Wentzel-Kramers-Brillouin est améliorée afin de prendre en compte le couplage entre plusieurs ondes. Le couplage d’un mode propagatif avec des modes évanescents est réalisé et validé. Dans la cochlée, la stimulation des cellules cillées résulte d’un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale et de flexion de la membrane basilaire. Le couplage entre ces deux modes de déformation est encore peu connu et offre une perspective intéressante. Dans un troisième temps, une nouvelle méthode couplant la méthode Wentzel-Kramesr Brillouin et une méthode numérique est développée et validée afin de déterminer des modes transverses de propagation. Cette méthode est appliquée à la mécanique cochléaire et un mode de flexion de la membrane basilaire et un mode relatif à un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale sont déterminés. Enfin, une expérience inspirée des cochlées artificielles est conçue et réalisée. La propagation d’ondes est observée et la tonotopie est mesurée et comparée aux modèles. Afin de limiter la réflexion des ondes et de faciliter la mesure, une combinaison originale du trou noir acoustique avec une lame de largeur variable est utilisée
The cochlea is the organ of hearing for humans and mammals. It is often modelled as an inhomogeneous waveguide. A travelling wave propagates along the fluid structure coupled waveguide. The mechanical impedance of the structure is varying and provides a frequency place relation. The asymptotic method Wentzel-Kramers-Brillouin allows to solve for the basilar membrane vibration. The evanescents modes are taken into account to provide a better representation compared to the numerical models. As a second step, the finite elements method is used to solve for the transversal modes while the WKB Approximation deals with the longitudinal propagation. The first flexural mode of the basilar membrane is shown. The second propagative mode reveals a shearing motion of the tectorial membrane which can help stimulating the hair cells. An over-size artificial cochlea is designed and built. Thanks to an acoustic black hole, used as a anechoic end, travelling waves are observed on this device. Reflected waves are attenuated and the interferences with incident waves reduced. Mode coupling could be applied not only to evanescent modes but also to propagatives ones. Perspectives for the adaptation of the WKB method to fluid structure inhomogeneous waveguides, and particularly to the immersed acoustic black hole, seem to be very promising

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Henrot, Fabien. "Composants à hauts facteurs de forme pour les résonateurs acousto-électriques et les dispositifs électro-optiques sur substrats mono-cristallins." Thesis, Besançon, 2015. http://www.theses.fr/2015BESA2032/document.

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Abstract:

La miniaturisation est l’objectif actuel de tous les fabricants de composants radio-fréquence depuis plusieursdécennies. Si les composants actifs pour la microélectronique sont fondés sur la structuration de plaquesde silicium, les composants passifs reposent sur l’utilisation de cristaux tels que le quartz ou le niobate delithium. Ce dernier est particulièrement utilisé quand il s’agit de générer et exploiter des ondes élastiques, ainsique pour le guidage de faisceaux lumineux afin de réaliser des filtres ou des capteurs sensibles à différentsparamètres environnementaux. L’amélioration du guidage de ces ondes permet un gain en consommation et encompacité des dispositifs mais nécessite une structuration de la matière souvent tridimensionnelle. Cette étapetechnologique clé est industriellement mature pour la mise en forme du silicium, mais s’avère di_cilementtransposable à des matériaux tels que le quartz ou le niobate de lithium. Les travaux présentés dans cemanuscrit visent à réaliser des structures tridimensionnelles à hauts facteurs de forme dans des matériauxmonocristallins à l’aide d’une scie circulaire de précision. Des structures utilisant l’inversion périodique dedomaine ferroélectrique seront réalisées afin de les utiliser pour y guider des ondes élastiques possédant descouplages électromécaniques particulièrement élevées. Le guidage d’ondes optiques par le biais de ces mêmesstructures permet une amélioration du confinement par rapport aux systèmes de guidage massifs classiquescouramment utilisés pour la réalisation de filtre ou de modulateur électro-optiques. En utilisant conjointementle guidage d’ondes optiques et les domaines ferroélectriques alternés, les structures ainsi découpées permettentl’apparition de phénomènes optiques non-linéaires exaltés par l’amélioration du confinement. Ces structuresont ainsi montré leur intérêt dans plusieurs domaines de la physique avec un champ applicatif particulièrementvaste
Over the past decades, minutiarization and compacity have become a focus subject for companies specialisedin the manufacturing of radio-frequency components. Active components are typically manuafctured onsilicon wafers with well-known structuring methods. Passive ones are often manufactured on single cristalsuch as Quartz or Lithium Niobate, especially for acoustic wave generation or lightwave guiding. Theguiding of optical or acoustical waves leads to the manufacturing of sensors or filters which can be usedfor telecommunications or for the industry. Improvement in waveguiding allows for less power-consuming andmore compact devices but a 3D-structuring is usually required. This technology readness is high leveled forsilicon structuring but not for single crystals such as Lithium Niobate. This work presents the development andthe manufacturing of high aspect ratio three-dimensionnal structures in single-crystals using precise sawing.These structures show an optical waveguiding capability which allow the improvements of electro-opticmodulators or filters. Combined with a periodic reversing of Lithium Niobate polarization, these structuresallows for bulk acoustic wave generation leading to high electromechanical coupling and equivalent phasevelocity resonant modes. In non-linear optic field, this kind of structures lead to the improvement of secondharmonic generation e_ciency by reducing the cross section of waveguide. The manufactured devices in theframework of this project can actuelly be used in several domains of physic

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Saghir, Adnan. "Contribution à la caractérisation des structures rayonnantes. Application aux études en champ proche de rayonnement électromagnétique." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952974.

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Abstract:

La connaissance précise des champs électromagnétiques rayonnés par les dispositifs hyperfréquences nécessite des outils instrumentaux permettant la mesure directe ou indirecte de ces champs. La technique du scan champ proche fait partie de ces outils. Ce manuscrit décrit les travaux de caractérisation des sondes électromagnétiques pour une plate-forme de scan champ proche développée au laboratoire LAPLACE. L'accent a été mis sur la simulation électromagnétique des dispositifs de test utilisés dans le travail de déconvolution du facteur d'antenne des sondes de champs magnétiques ou électriques. Ces dispositifs comprennent aussi bien des structures planaires telles que des interconnexions en ligne micro ruban que des composants en guide d'ondes tels que des guides ouverts de formes rectangulaire ou circulaire. Pour analyser ces structures des logiciels commerciaux basés sur la méthode des différences finis ont été utilisés. Dans le cas des structures rayonnantes un programme basé sur la méthode de l'opérateur transverse a été développé, permettant la détermination de l'admittance de rayonnement et les champs rayonnés en zones proche et lointaine. Les résultats obtenus ont été validés par des simulations avec des outils commerciaux, et par des mesures réalisés au laboratoire.

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Tran, Thi Thanh Van. "Vitrocéramiques nano-structurées SiO2-SnO2 sous forme de monolithes et de guides d’ondes planaires élaborés par voie sol-gel : caractérisation structurale et activation par des ions de terres rares." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10040/document.

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Abstract:

L’avènement de sources lumineuses performantes et compactes à base de silice dopée par des ions de terres rares (TR) passe par l’obtention de rendements d’émission élevés, ce qui nécessite une bonne dispersion de ces ions. Les vitrocéramiques, associant une matrice vitreuse avec des nanocristaux (NC), permettent une telle dispersion et fournissent néanmoins une transparence optique adéquate. D’autre part, les NC présentent une absorption de lumière spectralement large et peuvent transférer leur énergie vers les ions de TR pour améliorer l’efficacité d’émission.Dans ce travail, des vitrocéramiques à base de silice contenant des NC de SnO2 ont été élaborées sous forme de couches minces et de massifs par la technique sol-gel. Les propriétés optiques et structurales des systèmes sous forme de couches minces ont été comparées à celles des systèmes massifs. Plusieurs paramètres, tels que la concentration maximale d’étain, les températures de cristallisation et de densification, diffèrent selon la morphologie des matériaux. L’influence réciproque entre la matrice de silice et les NC de SnO2 a été étudiée par l’utilisation conjointe de plusieurs techniques d’analyses telles que les spectroscopies vibrationnelles, la DRX, la MET, la porosimétrie BET… L’ajout d’étain retarde la densification de la matrice, laissant une porosité résiduelle.La luminescence des ions Er3+ et Eu3+ (largeur de bande d’émission, durée de vie) a montré clairement l’existence de 2 types de sites hôtes, l’un cristallin et l’autre amorphe. Enfin, les NC de SnO2 favorisent la dispersion des ions de TR, conduisant à des durées de vies encourageantes et à un transfert d’énergie entre cristal et TR
The obtention of efficient and compact light sources based on silica doped with rare earth (RE) ions demands high emission yields, which require a good dispersion of RE ions. Glass-ceramics, associating a glass with nanocrystals (NCs), allow such a dispersion and still assure adequate optical transparency. In addition, the NCs have broad absorption bands and can transfer their energy to the RE ions, thus improving the emission efficiency. In this work, silica-based ceramics containing SnO2 NCs were prepared as thin films and bulk by the sol-gel technique. The optical and structural properties of the thin films were compared with those of monoliths. Several parameters, such as the maximum concentration of tin, the temperature of crystallization and of densification, differ according to the morphology of the materials. The interaction between the silica matrix and SnO2 NCs was studied by combining several analytical techniques such as vibrational spectroscopies, XRD,TEM, porosimetry BET…The addition of tin retards the densification of the matrix, leaving a residual porosity. The luminescence of Er3+ and Eu3+ (emission bandwidths, lifetimes) clearly shows the existence of two types of host sites, one crystalline and the other amorphous. Finally, the SnO2 NCs promote the dispersion of the RE ions, leading to longer lifetimes and an energy transfer between crystal and RE

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Mokhtari, Cerine. "Développement d’une station de mesure hyperfréquence sous pointes nano-robotisée et automatisée." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023ULILN053.

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Abstract:

Dans le contexte général de l'industrie européenne de la nanoélectronique, il est nécessaire de développer de nouvelles techniques et de nouveaux instruments de caractérisation sous pointes pour la validation précise et fine de circuits destinés à des applications haute fréquence (HF). Pour faire progresser la miniaturisation des dispositifs à haute fréquence, de nouvelles questions métrologiques liées à la caractérisation dimensionnelle et électrique doivent être abordées. Un instrument universel de caractérisation des dispositifs à radiofréquences (RF) consiste en un analyseur de réseau vectoriel (VNA), une station de mesure équipée d'une paire de sondes micro-ondes Ground-Signal-Ground (GSG) alignées manuellement ou automatiquement au moyen d'un microscope ou d'un système de caméra sur des substrats d'étalonnage et des dispositifs sous test (DUT). Les structures de test RF conventionnelles nécessitent des tampons (structures de contact) spécifiques pour s'adapter à la géométrie de la pointe de la sonde. Le positionnement de la sonde sur la structure de test CPW génère des erreurs de mesure de désalignement qui affectent la reproductibilité de la mesure. En outre, les dispositifs présentent des impédances extrêmes par rapport à l'impédance de référence 50 Ω du VNA, ce qui se traduit par une sensibilité et une précision de mesure médiocres.Pour relever ce défi, une nouvelle station de mesure sous pointe entièrement automatisée et robotisée a été conçue et construite à partir de zéro. Les sondes de mesure ainsi que le porte échantillon accueillant le dispositif sous test sont montés sur des nano-positionneurs piézoélectriques du constructeur SmarAct®. La vision du contact sondes - au - composant sous test est assurée par une caméra microscope haute résolution. Un analyseur de réseau vectoriel Streamline Keysight® a été intégré à la station afin d'obtenir une solution compacte au plus près des sondes et réduire ainsi les erreurs non systématiques inhérentes aux variations de l'environnement. Enfin, un programme de pilotage des sondes et du porte échantillon automatique basé sur la reconnaissance d'image a été développé avec le logiciel LabVIEWTM
In the general context of the European nanoelectronics industry, it is necessary to develop new on-wafer characterisation techniques and instruments for precise and fine validation of circuits designed for high-frequency (HF) applications. To advance the miniaturisation of HF devices, new metrological issues related to dimensional and electrical characterization must be addressed. A universal instrument for the characterization of RF devices consists of a vector network analyzer (VNA), a measurement station equipped with a pair of ground-signal-ground (GSG) microwave probes aligned manually or automatically using a microscope or a camera system on calibration substrates and devices under test (DUT). Conventional RF test structures require to adapt to the probe tip geometry. The positioning of the probe on the CPW test structure generates misalignment measurement errors that affect the reproducibility of the measurement. In addition, nanodevices have extreme impedances compared to the VNA's reference impedance of 50 Ω, resulting in poor measurement sensitivity and accuracy.To meet this challenge, a new fully automated and robotic on-wafer probing station was designed and built from scratch. The measurement probes as well as the chuck hosting the device under test are mounted on SmarAct® piezoelectric nanopositioners. The vision of the probe-to-DUT contact is provided by a high-resolution microscope camera. A Keysight® Streamline vector network analyzer was integrated into the station to obtain a compact solution close to the probes and thus reduce the non-systematic errors inherent in environmental variations. Finally, a program for driving the probes and chuck based on image recognition was developed with the LabVIEWTM software

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Krishna, Aditya. "Topological Imaging of Tubular Structures using Ultrasonic guided waves." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0111.

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Abstract:

Les structures tubulaires sont largement utilisées dans diverses industries telles que l’aérospatiale, le pétrole et le gaz, le nucléaire, etc. Le Contrôle Non Destructive (CND) de ces structures joue un rôle crucial au cours de leur cycle de vie. Afin de tester de grandes structures avec une accessibilité limitée, la méthode de CND utilisant des ondes guidées a été développée comme une solution viable. En raison de la nature de ces ondes, elles sont capables de se propager sur de grandes distances sans perdre une grande partie de leur énergie. Cependant, elles sont complexes puisque leur vitesse dépend de la fréquence, c'est-à-dire qu'elles sont dispersives. Classiquement, l’étude de ce type d’ondes nécessite des simulations par éléments finis coûteuses. Cette thèse propose une alternative à de telles simulations avec une méthode rapide et robuste pour simuler la propagation d'ondes guidées dans des structures tubulaires.Partant de ces calculs, pour localiser des défauts, l'objectif de ce travail est d'obtenir des images topologiques 3D de structures tubulaires isotropes multicouches par propagation de ces ondes guidées ultrasonores. Un modèle mathématique est proposé où l'équation d'onde est convertie en une équation différentielle ordinaire par rapport au rayon «r» en utilisant les transformées de Fourier et de Laplace pour les variables spatiales et temporelles respectivement. La solution en ondes partielles, exprimée comme une combinaison des fonctions de Bessel, permet la création d'un algorithme semi-analytique rapide et robuste pour calculer la fonction de Green de structures tubulaires. Un modèle approché en présence de défauts numériques est ensuite développé. La réponse des défauts est considérée comme la réponse cumulative des sources secondaires, visant à annuler le champ de contraintes incident et diffracté présent en son sein. Ensuite, le modèle numérique est validé par des mesures expérimentales.Enfin, la technique de l'imagerie topologique est introduite. Cette méthode d'imagerie est basée sur la corrélation entre les champs ultrasonores sans et avec défaut. La polyvalence et la flexibilité de l'outil numérique en conjonction avec cette méthode d'imagerie sont ensuite démontrées avec succès en localisant et imageant une multitude de défauts numériques et expérimentaux avec des dimensions aussi faibles que 1/40e de la longueur d'onde
Tubular structures are widely used in a variety of industries such as Aerospace, Oil and Gas, Nuclear, etc. Non Destructive Evaluation (NDE) of these structures plays a crucial role during it’s life cycle. In order to test large structures with limited accessibility, guided wave testing was developed as a viable solution. Due to the nature of these waves, they are able to propagate over large distances without losing much of their energy. However, they are also complex in that their velocity is frequency dependent i.e. they are dispersive. Conventionally, guided wave testing require costly finite element simulations. This thesis offers an alternative to such simulations with a quick and robust method to simulate guided wave propagation in tubular structures.Based on these calculations, the aim of this work is to obtain the 3d topological image of multilayered isotropic tubular structures using ultrasonic guided waves to locate defects. A mathematical model has been proposed where the wave equation is converted to an ordinary differential equation with respect to radius 'r' using the Fourier and Laplace transforms for the spatial and temporal variables respectively. The partial wave solution, expressed as a combination of Bessel’s functions, allows for the creation of a fast robust semi-analytical algorithm to compute the Green function in tubular structures. A model to approximate numerical defects is then developed. The defect response is considered as the cumulative response of secondary sources, aiming to negate the incident and diffracted stress field present within it. Next, the numerical model is validated with experimental measurements.Finally, the technique of Topological Imaging is introduced. This method of imaging is based on the idea of performing a correlation between two wave fields for defect localization. The versatility and flexibility of the numerical tool in conjunction with the method of imaging is then successfully demonstrated by localising and imaging a multitude of numerical and experimental defects with dimensions as low as 1=40th of the wavelength

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Böhm, Julian. "Phénomènes de transport originaux dans des expériences micro-ondes via la mise en forme spatiale et spectrale." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR4048/document.

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Abstract:

Le transport des ondes joue un rôle majeur dans les systèmes de communication comme le Wifi ou les fibres optiques. Les principaux problèmes rencontrés dans ces systèmes concernent la protection contre les intrusions, la consommation d’énergie et le filtrage modal. Nous proposons différentes expériences micro-ondes mettant toutes en œuvre une mise en forme des ondes, pour traiter ces problèmes. Dans une cavité micro-ondes, des états de diffusion particuliers sont générés en s’appuyant uniquement sur des mesures de transmission et sur le formalisme du temps de retard de Wigner-Smith. Ces états sont capables d’éviter une région déterminée de la cavité, de se concentrer sur un point particulier, ou de suivre une trajectoire d’une particule classique. Le filtrage de mode est mis en œuvre dans un guide d’ondes aux frontières ondulées et en présence de pertes dépendant de la position. Le profil du guide est choisi de façon à ce que les deux modes de Bloch qui se propagent encerclent un point exceptionnel. Cette trajectoire s’accompagne d’une transition non-adiabatique entre les deux modes et d'un filtrage asymétrique de ces modes. La thèse présente également des travaux liés à la problématique des algorithmes de « recherche quantique », notamment l’algorithme de Grover. Cette recherche est mise en œuvre dans un réseau en nid d’abeilles de résonateurs micro-ondes couplés, bien décrits par un modèle de liaisons fortes (le système constitue un analogue micro-ondes du graphène). Une expérience de preuve de principe propose la recherche de deux résonateurs distincts reliés au réseau. La loi d’échelle attendue pour cet algorithme est expérimentalement obtenue dans une chaîne linéaire
Transport of waves plays an important role in modern communication systems like Wi-Fi or optical fibres. Typical problems in such systems concern security against possible intruders, energy consumption, time efficiency and the possibility of mode filtering. Microwave experiments are suited to study this kind of problems, because they offer a good control of the experimental parameters. Thus we can implement the method of wave shaping to investigate atypical transport phenomena, which address the mentioned problems. Wave front shaping solely based on the transmission together with the Wigner-Smith time delay formalism allows me to establish special scattering states in situ. These scattering states avoid a pre-selected region, focus on a specific spot or follow trajectories of classical particles, so called particle-like scattering states. Mode filtering is induced inside a waveguide with wavy boundaries and position dependent loss. The boundary profiles are chosen in such a way that the two propagating modes describe an encircling of an exceptional point in the Bloch picture. The asymmetric mode filtering is found due to the appearing non-adiabatic transitions. Another part of my work deals with Grover’s quantum search. I put such a search into practice in a two-dimensional graphene-lattice using coupled resonators, which form a tight-binding analogue. In this proof of principle experiment we search for different resonators attached to the graphene-lattice. Furthermore, the scaling behaviour of the quantum search is quantified for a linear chain of resonators

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Aulanier, Florian. "Tomographie acoustique océanique en guide d'ondes : de l'utilisation des temps à celle des angles." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENU031/document.

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Abstract:

Dans l'océan, les changements de température induisent des perturbations de la vitesse de propagation des ondes acoustiques. La tomographie acoustique océanique utilise les fluctuations de signaux acoustiques enregistrés pour cartographier ces perturbations de vitesse du son. Cette étude propose une méthode alternative utilisant la direction de propagation des ondes acoustiques (plutôt que les temps de propagation utilisés classiquement) pour imager un guide d'onde océanique peu profond (~100 m), petite échelle (1 à 10 km), avec une haute résolution spatiale (10 m horizontalement, 2 m en profondeur). Dans ce contexte, les ondes acoustiques basse fréquence (~1 kHz) à large bande spectrale (~1.5 kHz) se propagent selon des trajectoires multiples assimilables à des rayons géométriques épais spatialement. L'utilisation d'un couple d'antennes (émission/réception) et de la double formation de voies permet de séparer les signaux en provenance des différents trajets acoustiques et de mesurer leur : temps de propagation (TP), direction d'arrivée (DA) et direction de départ (DD). Dans l'hypothèse de faibles perturbations, les variations des TP, DA et DD sont reliées linéairement aux perturbations de la distribution de vitesse du son de manière analytique. Cette formulation, basée sur la physique de la diffraction de Born au 1er ordre, utilise des fonctions noyaux appelées : noyaux de sensibilité temps-angles (NSTA). Les méthodes classiques d'inversion permettent alors de retrouver les perturbations de vitesse à partir des variations de TP, DA et DD en utilisant les NSTA. Les méthodes développées ont été validées sur données simulées, puis appliquées à des données réelles d'expériences à échelle réduites réalisées dans la cuve ultrasonore de l'ISTerre, Grenoble
In the ocean, temperature changes induce sound-speed perturbations. Ocean acoustic tomography uses the fluctuations of recorded acoustic signals, to map those sound-speed perturbations. To this end, sound-speed perturbations are classically related to the acoustic-wave travel-times measured on the records. This study suggests an alternative method to perform acoustic thermometry based on acoustic-wave propagation directions. It allows imaging a shallow-water waveguide (~100 m), at small scale (1 to 10 km), with high spatial resolution (10 m in range, 2 m in depth). In this context, wideband (~1.5 kHz) low frequency (~1 kHz) acoustic waves propagates along multiple paths similar to spatially « fat » geometrical rays. Using a pair of arrays (source/receiver) and the double-beamforming processing to separate acoustic signals coming from different paths and measure their: travel-time (TT), directions-of-arrival (DOA) and directions-of-departure (DOD). Under the hypothesis of small perturbations, TP, DOA and DOD variations are linearly related to sound-speed perturbations in an analytical way. This formulation based on Born's diffraction physics at the first order uses kernel functions called: the time-angle sensitivity kernels (T-A-SK). The T-A-SK model is then combined to classical inversion methods to retrieve sound-speed perturbations from TT, DOA and DOD variations. The methods developed here have been validated on simulated data, and applied on real small-scale data coming from the ultrasonic tank of the ISTerre, Grenoble

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Abdoulatuf, Antoisse. "Modélisation et simulation de la propagation d'ondes guidées dans des milieux élastiques en présence d'incertitudes : Application à la caractérisation ultrasonore." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1011/document.

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Abstract:

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la modélisation et la simulation de la propagation d'ondes ultrasonores dans l'os cortical. Plus précisément, nous avons étudié et analysé la technique dite des ultrasons quantitatifs (Quantitative Ultrasound, QUS) pour l'évaluation de la qualité du tissu osseux. Il s'agit d'une technique émergente dont l'application aux tissus osseux suscite un intérêt particulier dans la communauté scientifique. Le tissu osseux étant un tissu vivant, il est sujet au vieillissement et à divers pathologies parmi lesquelles on peut citer ostéoporose, ostéomalacie, ostéoporomalacie, ou encore, la maladie dite de Paget. Pour accompagner les soins à prodiguer au tissu osseux, une surveillance de sa qualité s'avère indispensable. Dans ce contexte, les méthodes ultrasonores sont réputées être intéressantes, de par leurs caractères non-invasif, peu coûteux, portable et non-ionisant. Cependant, utiliser des ultrasons dans le cadre de la caractérisation du tissu osseux, suppose une compréhension profonde des différents phénomènes physiques mis en jeu lors de leur propagation. Dans cette optique, notre travail est développé dans la thématique de la modélisation dédiée à la propagation des ondes ultrasonores dans des guides d'ondes multidimensionnels, hétérogènes, anisotropes, et composés de matériaux dont l'hétérogénéité peut être qualifiée d'aléatoire. Une des originalités de cette thèse concerne l'étude des coefficients de réflexion et de transmission et des courbes de dispersion en présence d'incertitudes dues aux propriétés matérielles. Dans une première partie, nous étudions les phénomènes de réflexion/transmission via un modèle tri-couches bidimensionnels prenant en compte les tissus mous et l'hétérogénéité aléatoire du tissu osseux. Nous avons pu analyser l'impact de ces caractéristiques sur les coefficients de réflexion et de transmission. Un gradient de propriétés matérielles de l'os est introduit, et son impact sur les coefficients d'intérêt est examiné. L'aspect modal des ondes est exploré, en étudiant la dispersion des ondes de Lamb. Les résultats obtenus dans une configuration géométrique bidimensionnelle ont permis de discuter l'influence des divers paramètres, en terme de propriétés mécaniques et/ou géométriques, sur la propagation des ondes ultrasonores dans le tissu cortical. Dans une deuxième partie, le modèle est étendu pour une configuration géométrique cylindrique. La discussion est menée afin d'analyser l'influence de la géométrie tridimensionnelle de l'os sur les phénomènes de propagation
In this thesis, we are interested in the modeling and simulation of the propagation of ultrasonic waves in the cortical bone. Precisely, we have studied and analyzed the Quantitative Ultrasound (QUS) technique for the evaluation of the quality of bone tissue. It is an emerging technique those the application to bone tissue arouses particular interest in the scientific community. Since bone tissue is a living tissue, it is subject to aging and various pathologies, such osteoporosis, osteomalacia, osteoporomalacia, or the so-called Paget disease. To assist in therapeutic follow-up of the bone, monitoring of quality of bone tissue is essential. In this context, methods based on QUS technique are deemed to be interesting, due of their non-invasive, inexpensive, portable and non-ionizing characteristics. However, use the ultrasound in the context of characterization of bone tissue, requires a deep understanding of the different physical phenomena involved in their propagation. In this perspective, our work is developed in the modeling theme dedicated to the propagation of ultrasonic waves in multidimensional, heterogeneous, anisotropic waveguides, constituted of materials whose heterogeneity can be qualified as random. One of the originalities of this thesis concerns the study of the reflection and transmission coefficients and the dispersion curves in the presence of uncertainties in the material properties. In a first part, we study the reflection/transmission phenomena via a two-dimensional tri-layer model taking into account the soft tissues and the random heterogeneity of the bone tissue. We analyzed the impact of these characteristics on the reflection and transmission coefficients. A gradient of material properties is introduced, and its effect on the coefficients of interest is examined. The modal aspect of the waves is explored, by studying the dispersion of Lamb waves. The results obtained in a two-dimensional geometrical configuration made it possible to discuss the influence of the various parameters, in terms of mechanical and/or geometric properties, on the propagation of the ultrasonic waves in the cortical tissue. In a second part, the proposed model is extended for a cylindrical geometric configuration. The discussion is carried out in order to analyze the influence of the three-dimensional geometry of the bone on the phenomena of propagation

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Dissertations / Theses on the topic 'Guides d’onde'

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