Cristaux photoniques: vers une optique tout integree PDF Download
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Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
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Languages : en
Pages : 8
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Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
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Pages : 8
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Author: Vanbésien
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Languages : en
Pages : 0
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Author: Benoît Lombardet
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Languages : fr
Pages : 171
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Author: Christian Grillet
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Languages : fr
Pages : 125
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La réalisation de dispositifs optiques à base de cristaux photoniques (CP) apparaît comme une voie très prometteuse pour répondre aux exigences de miniaturisation de l'optique intégrée. Les CP sont des structures diélectriques périodiques conçues de manière à modifier le comportement des photons de la même manière qu'un matériau cristallin semi-conducteur affecte les propriétés des électrons. Ils permettent donc un contrôle de la lumière à des échelles de l'ordre de la longueur d'onde. De plus l'insertion de défauts dans le réseau périodique permet la réalisation de microcavités qui peuvent être exploitées soit pour renforcer l'interaction matière-rayonnement (émission et détection de lumière), soit pour filtrer et diriger la lumière sur de très courtes distances. Ce travail de thèse vise à exploiter ces propriétés physiques remarquables afin de concevoir, de réaliser et de caractériser des microcomposants élémentaires types guides résonateurs, et les mécanismes de couplage intervenant entre ces deux éléments en vue de réaliser la fonction de routage sélectif et permettre ainsi l'avènement de l'optique intégrée à base de CP.
Author: Fabrice Raineri
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Languages : fr
Pages : 235
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Depuis la proposition initiale en 1987 par E. Yablonovitch et S. John du concept de cristaux photoniques, un grand nombre d'études ont démontré que ces structures périodiques permettent de contrôler de façon efficace la propagation de la lumière. La recherche concernant les cristaux photoniques traite aujourd'hui des aspects fondamentaux comme le contrôle de l'émission spontanée mais aussi des sujets plus applicatifs comme les lasers à faible seuil et les circuits photoniques pour l'optique intégrée. La principale raison de cette activité intense est que, grâce à la structuration de la matière à l'échelle de la longueur d'onde de la lumière, il est possible de réaliser une véritable ingénierie des propriétés dispersives de ces objets : la propagation de la lumière peut être ainsi empêchée sur de grandes plages de fréquences (gap photonique), la vitesse de phase et la vitesse de groupe de la lumière peuvent aussi être contrôlées. Ceci peut mener à la localisation du champ électromagnétique et, en conséquence, à une exaltation des interactions entre la lumière et la matière.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés d'une part à la conception et à la fabrication de cristaux photoniques unidimensionnels et bidimensionnels en AlGaAs pour réaliser des convertisseurs de fréquence ultracourts pour l'optique intégrée. D'autre part, nous montrons qu'en utilisant de façon avantageuse les fortes non linéarités du troisième ordre des semiconducteurs III-V dans les cristaux photoniques bidimensionnels, on peut obtenir de l'effet laser, de l'accordabilité spectrale, de la commutation ultra rapique et de l'amplification.
Author: Ségolène Olivier
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Languages : fr
Pages : 212
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Author: Nolwenn Dissaux
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Languages : fr
Pages : 178
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Ce travail de thèse étudie au niveau expérimental et théorique la propagation de la lumière dans les cristaux photoniques 3D obtenus par auto-assemblage de nanosphères de polystyrène, dans le cadre du projet européen NewTon. La périodicité présente dans ces structures ayant des dimensions de l'ordre de la longueur d’onde de la lumière permet l’apparition d’une bande interdite photonique. Notre contribution à la caractérisation structurelle et fonctionnelle de ces cristaux photoniques a permis d’une part de contrôler l’empilement des billes et, d’autre part, de mettre en évidence le phénomène de bande interdite. Parmi les techniques de microscopie que nous avons mis en œuvre (microscopie optique classique, MEB, AFM et microscopie interférométrique), nous avons en particulier montré que la microscopie interférométrique est non destructive et bien adaptée à ce type d’étude. Elle permet notamment une détermination simple des axes cristallins. Nous avons analysé la réponse spectrale d’échantillons dont l’épaisseur variait de 2 à 24 μm, fabriqués à partir de billes de différents diamètres (de 0,35 à 1 μm). Nos enregistrements ont confirmé que la présence, la position (longueurs d'ondes entre 800 nm et 2 μm, cet intervalle inclut les longueurs d’onde des télécommunications optiques), la largeur à mi hauteur (quelques 10 nm) et le contraste (de l’ordre de 0,5) de la bande interdite dépendent principalement du diamètre des billes, de l’épaisseur de la structure et de l’angle d’incidence du faisceau d’illumination. Nous avons, de plus, contribué à la calibration de simulations numériques adaptées aux modèles 3D. Les premiers tests de parallélisation des calculs ont permis d’obtenir un gain en temps d’un facteur 7 des réponses spectrales simulées pour des structures 3D de quelques 10 μm de côté. Nos travaux de caractérisation ont également validé le processus d’inscription de guides d’onde dans ces structures par photopolymérisation induite par absorption à deux photons, proposé par les partenaires du projet. L’ensemble de nos résultats permettent d’envisager l’utilisation des cristaux photoniques 3D pour des applications en optique intégrée fonctionnant aux longueurs d’onde télécom.
Author: Pascal Filloux
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Languages : fr
Pages : 156
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Un cristal photonique est une structure composite dont l'arrangement des matériaux est périodique a l'échelle de la longueur d'onde. La périodicité permet l'apparition de bandes photoniques interdites : domaines de fréquences pour lesquels la lumière ne peut pas se propager dans la structure, quelles que soient sa polarisation et sa direction de propagation. Deux types de dispositifs mettant en ceuvre des cristaux photoniques à deux dimensions ont été étudiés, pour les longueurs d'onde des télécommunications optiques entre 1,3 et l,55mM. Leur modélisation utilise la méthode mathematique rigoureuse des ondes couplées (RCWA). Le premier composant, pour l'optique guidée, utilise un substrat de silicium sur isolant (SOI). Le cristal photonique à deux dimensions est gravé dans le film de silicium : des réseaux de diffraction permettent le couplage et le découplage de la lumière dans le guide. Plusieurs types de substrats ont été considérés pour lesquels nous avons étudié la propagation des ondes guidées puis avons dîmensionné les coupleurs et le enstal photonique. Pour modéliser ces cristaux, en optique intégrée, nous avons utilisé un calcul approché basé sur la méthode RCWA qui permet de déterminer avec une bonne approximation leurs propriétés optiques. Un deuxième composant a été étudié et réalisé pour l'optique diffractive. Il est obtenu en gravant un réseau de traits dans une ou plusieurs des couches d'un empilement périodique. Lorsque toutes les couches sont gravees, ces structures, possédant deux directions de périodicité et constituées de trois matériaux différents, constituent des cristaux photoniques 2D non conventionnels. Nous avons montré la possibilité de réaliser, avec ces structures, des miroirs, des filtres, polarisants ou non, dispersifs ou non. Nous avons montré la faisabilité des structures multicouches (silicium / nitrure de silicium) gravées sur membrane en utilisant la gravure par faisceau d'ions focalisé.
Author: Luca Carletti
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Languages : fr
Pages : 0
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La photonique intégrée offre la possibilité d’exploiter un vaste bouquet de phénomènes optique nonlinéaires pour la génération et le traitement de signaux optiques sur des puces très compactes et à des débits potentiels extrêmement rapides. De nouvelles solutions et technologies de composants pourraient être ainsi réalisées, avec un impact considérable pour les applications télécom et datacom. L’utilisation de phénomènes optiques nonlinéaires (e.g. effet Kerr optique, effet Raman) permet même d’envisager la réalisation de composants actifs (e.g. amplificateurs, modulateurs, lasers, régénérateurs de signaux et convertisseurs en longueur d’onde).Pendant cette dernière décennie, les efforts ont principalement porté sur la plateforme Silicium sur isolant (SOI), profitant du fort confinement optique dans ce matériau, qui permet la miniaturisation et intégration de composants optiques clés (e.g. filtres passifs, jonctions coupleurs et multiplexeurs). Cependant, la présence de fortes pertes nonlinéaires dans ce matériau aux longueurs d’onde d’intérêt (i.e. autour de 1.55 μm dans les télécommunications) limite certaines applications pour lesquelles une forte réponse nonlinéaire est nécessaire et motive la recherche de nouvelles plates-formes, mieux adaptées. L’objectif premier de cette thèse était ainsi l’étude de matériaux alternatifs au Si cristallin, par exemple le silicium amorphe hydrogéné, alliant de très faibles pertes nonlinéaires et une compatibilité CMOS, pour la réalisation de dispositifs photoniques intégrés qui exploitent les phénomènes nonlinéaires. Alternativement, l’utilisation de longueurs d’onde plus élevées (dans le moyen-IR) permet de relaxer la contrainte sur le choix de la filière matériau, en bénéficiant de pertes nonlinéaires réduites, par exemple dans la filière SiGe, également explorée dans cette thèse. Ce travail est organisé de la façon suivante. Le premier chapitre donne un iii panorama des phénomènes nonlinéaires qui permettent de réaliser du traitement tout-optique de l’information, en mettant en évidence les paramètres clés à maitriser (confinement optique, ingénierie de dispersion) pour les composants d’optique intégrée, et en présentant le cadre de modélisation de ces phénomènes utilisé dans le travail de thèse. Il inclut également une revue des démonstrations marquantes publiées sur Silicium cristallin, donnant ainsi des points de référence pour la suite du travail. Le chapitre 2 introduit les cristaux photoniques comme structures d’optique intégrée permettant d’exalter les phénomènes nonlinéaires. On s’intéresse ici aux cavités, avec une démonstration de génération de deuxième et troisième harmoniques qui exploite un design original. Ce chapitre décrit également les enjeux associés à l’utilisation de guides à cristaux photoniques en régime de lumière lente, qui serviront de fondements pour le chapitre 4. Le chapitre 3 présente les résultats de caractérisation de la réponse nonlinéaire associée à des guides réalisés dans deux matériaux alternatifs au silicium cristallin : le silicium amorphe hydrogéné testé dans le proche infrarouge et le silicium germanium testé dans le moyen infrarouge. Le modèle présenté au chapitre 1 est exploité pour déduire la réponse de ces deux matériaux, et il est même étendu pour rendre compte d’effets nonlinéaires d’ordre plus élevé dans le cas du silicium germanium à haute longueur d’onde. Ce chapitre inclut également une discussion sur la comparaison des propriétés nonlinéaires de ces deux matériaux avec le SOI standard. Le chapitre 4 combine l’utilisation d’une plate-forme plus prometteuse que le SOI, avec des structures photoniques plus avancées que les simples guides réfractifs utilisés au chapitre 3 : il décrit l’ingénierie de modes (lents) dans des guides à cristaux photoniques en silicium amorphe hydrogéné et enterrés dans la silice. [...]
Author: Clement Guyot
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Languages : fr
Pages : 203
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Cette thèse de doctorat a pour but de fabriquer des systèmes électro-optiques compacts en utilisant les propriétés des cristaux photoniques (CP).). Le niobate de lithium (LiNbO3) est très attractif pour les applications optiques (télécommunications optiques, biomédical, astrophysique) car il a de faibles pertes en propagation (0.1 dB/cm ou moins), une faible dispersion en longueur d’onde, une large bande de transparence (350-5000 nm), et des forts coefficients Electro-optiques, non-linéaires et acousto-optiques. Cependant, les composants optiques utilisant ce matériau présentent classiquement un encombrement supérieur au centimètre, ce qui est dommageable pour leur intégration dans des circuits optiques compacts. Nous cherchons à démontrer plus précisément la faisabilité de modulateurs électro-optiques ultra-compacts tout en gardant les performances des modulateurs de type Mach-Zehnder, telles que de faibles pertes d'insertion, une faible tension de commande et un fort taux d'extinction. Nous proposons de remplir ces objectifs par l'usinage de cristaux photoniques à haut facteur de forme sur des guides LiNbO3, en associant découpe à la scie circulaire de précision et gravure par faisceau d'ion focalisé. La configuration s’appuie d’une part sur une tranche fine (ridge) de LiNbO3 qui confine la lumière transversalement, et d’autre part sur l'usinage du CP à haut facteur de forme pour favoriser une forte sensibilité à la présence de champs électriques externes sur des longueurs actives de l'ordre du micromètre. Les hauts facteurs de forme seront obtenus en usinant les ridges sur leur sommet et sur leurs flancs. Un premier enjeu, technologique, est destiné à optimiser les technologies développées à l’institut FEMTO-ST en vue d’applications à l’optique intégrée. Le deuxième enjeu, scientifique, s’agit de mettre en oeuvre une nouvelle configuration de contrôle de la lumière à l’aide d’un cristal photonique, présentant un double usinage sur les flancs et le sommet. C'est la première démonstration expérimentale de nanostructures LiNbO3 à haut facteur de forme.
