Etude de composants à cristaux photoniques dans la filière silicium pour les longueurs d'ondes des télécommunications optiques PDF Download
Are you looking for read ebook online? Search for your book and save it on your Kindle device, PC, phones or tablets. Download Etude de composants à cristaux photoniques dans la filière silicium pour les longueurs d'ondes des télécommunications optiques PDF full book. Access full book title Etude de composants à cristaux photoniques dans la filière silicium pour les longueurs d'ondes des télécommunications optiques by Sylvain David (physicien et auteur d'une thèse en 2003).). Download full books in PDF and EPUB format.
Author: Sylvain David (physicien et auteur d'une thèse en 2003).)
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 168
Get Book Here
Book Description
Les cristaux photoniques sont des structures artificielles dont la constante diélectrique est rendue périodique. La propriété essentielle de ces structures est l'ouverture de bandes interdites photoniques pour lesquelles la propagation de la lumière n'est pas autorisée. Une bande interdite complète s'obtient selon certaines conditions portant sur le contraste d'indice, les dimensions et les symétries des réseaux. Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'étude et la réalisation de cristaux photoniques bidimensionnels à base de silicium pour les longueurs d'onde 1,3 - 1,55 [mu]m. Les dispositifs à cristaux photoniques planaires sont confinés par une variation d'indice dans la troisième direction. Deux approches sont envisagées : le fort confinement pour les microcavités et le faible confinement pour l'optique guidée. Nous avons réalisé des microcavités planaires à cristaux photoniques sur substrat SOI (silicium sur isolant) intégrant des boîtes quantiques Ge/Si. Nous avons montré une forte exaltation de la luminescence dans la gamme 1,3 - 1,55[mu]m, caractérisée par un comportement surlinéaire de l'émission. Cette forte augmentation est à la fois le résultat de l'extraction de la lumière par le cristal photonique, mais également la signature d'une forte localisation spatiale des porteurs de charge dans la microcavité. Nous avons également travaillé sur la réalisation de guide d'onde à cristaux photoniques de faible confinement vertical pour le guidage planaire, en utilisant deux technologies : la gravure photo-électrochimique et la gravure plasma ICP (Inductively Coupled Plasma). Nous avons montré la possibilité de réaliser des structures à cristal photonique à travers des guides épais SiGe (2 [mu]m) enterrés dans le silicium. Nous avons également modélisé de nouveaux cristaux photoniques tels que les pavages d'Archimède ou les approximants de quasi-cristaux dans le but d'obtenir le comportement le plus isotrope possible.
Author: Sylvain David (physicien et auteur d'une thèse en 2003).)
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 168
Get Book Here
Book Description
Les cristaux photoniques sont des structures artificielles dont la constante diélectrique est rendue périodique. La propriété essentielle de ces structures est l'ouverture de bandes interdites photoniques pour lesquelles la propagation de la lumière n'est pas autorisée. Une bande interdite complète s'obtient selon certaines conditions portant sur le contraste d'indice, les dimensions et les symétries des réseaux. Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'étude et la réalisation de cristaux photoniques bidimensionnels à base de silicium pour les longueurs d'onde 1,3 - 1,55 [mu]m. Les dispositifs à cristaux photoniques planaires sont confinés par une variation d'indice dans la troisième direction. Deux approches sont envisagées : le fort confinement pour les microcavités et le faible confinement pour l'optique guidée. Nous avons réalisé des microcavités planaires à cristaux photoniques sur substrat SOI (silicium sur isolant) intégrant des boîtes quantiques Ge/Si. Nous avons montré une forte exaltation de la luminescence dans la gamme 1,3 - 1,55[mu]m, caractérisée par un comportement surlinéaire de l'émission. Cette forte augmentation est à la fois le résultat de l'extraction de la lumière par le cristal photonique, mais également la signature d'une forte localisation spatiale des porteurs de charge dans la microcavité. Nous avons également travaillé sur la réalisation de guide d'onde à cristaux photoniques de faible confinement vertical pour le guidage planaire, en utilisant deux technologies : la gravure photo-électrochimique et la gravure plasma ICP (Inductively Coupled Plasma). Nous avons montré la possibilité de réaliser des structures à cristal photonique à travers des guides épais SiGe (2 [mu]m) enterrés dans le silicium. Nous avons également modélisé de nouveaux cristaux photoniques tels que les pavages d'Archimède ou les approximants de quasi-cristaux dans le but d'obtenir le comportement le plus isotrope possible.
Author: Jean-Michel Lourtioz
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540783474
Category : Science
Languages : en
Pages : 514
Get Book Here
Book Description
This book provides the theoretical background required for modelling photonic crystals and their optical properties, while presenting the large variety of devices where photonic crystals have found application. As such, it aims at building bridges between optics, electromagnetism and solid state physics. This second edition includes the most recent developments of two-dimensional photonic crystal devices, as well as some of the last results reported on metamaterials.
Author: Pascal Filloux
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 156
Get Book Here
Book Description
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: Bing Han
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 139
Get Book Here
Book Description
L'augmentation des fréquences de fonctionnement des circuits intégrés rend de plus en plus problématique l'utilisation d'interconnexions métalliques et requiert l'introduction de nouveaux types de liaisons telles que les liens optiques. Le premier objectif de cette thèse a été de montrer la faisabilité d'un lien optique en utilisant un procédé technologique compatible CMOS. Les principaux résultats obtenus concernent le développement de deux nouvelles filières de matériaux bas cout déposés par un procédé PECVD basse température : le nitrure de silicium (SiNx) et silicium amorphe (a-Si:H). Des guides rubans compacts ont été fabriqués et les pertes optiques mesurées de 2,2dB/cm et 5,5dB/cm respectivement à longueur d'onde de 1,3μm pour la filière nitrure et silicium amorphe sont à l'état de l'art mondial. La réalisation de composants élémentaires d'optique intégrée compact tel que des virages et des diviseurs de faisceaux de type MMI ont permis d'obtenir un premier lien optique de 1 vers 8 validant ainsi l'approche retenue dans ce travail. Afin de réaliser une intégration monolithique des sources et des photodétecteurs III-V peuvent être reportés sur le circuit optique par un procédé de collage de plaque par adhésion moléculaire. L'approche originale retenue lors de ce travail de thèse a consisté à utiliser des coupleurs guide à guide compacts pour le transfert de la lumière entre la couche active III-V et le circuit optique passif. L'efficacité de couplage obtenue est de 60%. Le codage de l'information dans un circuit optique nécessite l'emploi de modulateurs de lumière. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'étude des cavités résonantes permettant d'accroître les performances des modulateurs optiques à base de silicium. Compte tenu de la faible variation d'indice de réfraction induit par des effets électro-optique dans le silicium, ces effets sont renforcés par l'utilisation de microcavités et de structures diffractives (cristaux photonique unidimensionnel). Ces approches permettent de réduire de manière significative les dimensions des composants et augmenter leur fréquence d'utilisation. Pour la réalisation d'un modulateur otpique intégré, les résonateurs en anneaux de type stade et les cavités Fabry-Pérot sont les deux des structures résonantes explorés conduisant à des dispositifs compacts fabriquées dans une technologie de guide en arête. Sur le résonateur en anneau de type stade, le facteur de qualité de 5200 a été obtenu, et il a été montré que celui-ci est suffisant pour assurer une modélisation efficace dans le silicium.
Author: Ismaïl Aboudihab
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 244
Get Book Here
Book Description
Author: SEBASTIAN.. ROWSON
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 162
Get Book Here
Book Description
UN MATERIAU A BANDE INTERDITE PHOTONIQUE OU CRISTAL PHOTONIQUE EST UNE STRUCTURE OU LA PERIODICITE SPATIALE DE LA CONSTANTE DIELECTRIQUE ENGENDRE DES PLAGES DE FREQUENCES PERMISES OU INTERDITES POUR LA PROPAGATION D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES. TOUS LES DOMAINES DE LONGUEUR D'ONDE SONT CONCERNES, DU VISIBLE JUSQU'AUX ONDES CENTIMETRIQUES, AVEC UN EVENTAIL D'APPLICATIONS POTENTIELLES TOUT AUSSI VARIE. AU COURS DE CETTE THESE, DIFFERENTES TECHNIQUES D'ELABORATION SUR SILICIUM ONT ETE MISES AU POINT QUI PERMETTENT DESORMAIS DE REALISER DES STRUCTURES PERIODIQUES A DEUX OU TROIS DIMENSIONS AVEC UNE GRANDE SOUPLESSE QUANT A LA TAILLE ET A LA PERIODICITE DES MOTIFS. LES RESULTATS PRESENTES, NUMERIQUES ET EXPERIMENTAUX, COUVRENT AINSI PRES DE TROIS DECADES EN LONGUEUR D'ONDE EN ALLANT DU PROCHE INFRAROUGE AUX ONDES MILLIMETRIQUES. LES CRISTAUX BIDIMENSIONNELS SONT OBTENUS PAR PHOTO-ELECTROCHIMIE DU SILICIUM. CETTE TECHNIQUE DU SILICIUM MACROPOREUX DONNE DES GRAVURES PROFONDES AVEC DES FACTEURS D'ASPECTS SUPERIEURS A LA CENTAINE ET PEUT ETRE APPLIQUEE DEPUIS LE MOYEN INFRAROUGE JUSQU'AU PROCHE INFRAROUGE. CETTE TECHNIQUE A PERMIS DE DEMONTRER UNE BANDE INTERDITE PHOTONIQUE COMPLETE AUX LONGUEURS D'ONDE DES TELECOMMUNICATIONS (1,5 MICRONS). AU COURS DE CE TRAVAIL, DES CRITERES DE CHOIX POUR LES APPLICATIONS FUTURES DES CRISTAUX PHOTONIQUES BIDIMENSIONNELS ONT ETE APPORTES, NOTAMMENT PAR LA COMPARAISON DES DEUX RESEAUX, TRIANGULAIRE ET HEXAGONAL. CES CRITERES DE CHOIX SONT GENERAUX ET NE SE LIMITENT PAS AU SILICIUM MACROPOREUX. UNE TECHNIQUE DE FABRICATION PAR USINAGE MECANIQUE EST DEMONTREE POUR OBTENIR DES CRISTAUX TRIDIMENSIONNELS POUR LES ONDES MILLIMETRIQUE. CETTE TECHNIQUE A PERMIS D'ETUDIER L'INFLUENCE DES DEFAUTS INTERSTITIELS VOLONTAIREMENT INTRODUITS DANS LES STRUCTURES ET DE DEMONTRER LA POSSIBILITE DE CONTROLER DE L'EXTERIEUR LES NIVEAUX DE TRANSMISSION DE MODES DE DEFAUT.
Author: Yohan Desières
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 149
Get Book Here
Book Description
Ce travail de thèse porte principalement sur l'étude de nouveaux guides optiques, réalisés à partir de structures dont l'indice est fortement modulé et sur des dimensions de l'ordre de la longueur d'onde : les cristaux photoniques. Ces micro-guides peuvent notamment permettre de contrôler latéralement la propagation de la lumière dans un guide plan semi-conducteur classique sur des échelles de l'ordre de la longueur d'onde, à la différence des technologies actuelles qui ne réalisent cette fonction qu'à l'échelle du millimètre.Ces micro-guides représentent de ce point de vue une porte d'entrée vers une intégration des composants optiques similaire à celle qu'ont subit les composants électroniques depuis 50 ans. Une première partie de ce travail repose sur la modélisation de ces structures à partir d'une méthode de résolution des équations de Maxwell aux différences finies dans le domaine temporel, notamment pour le calcul des courbes de dispersion. Une seconde partie du travail a consisté à la réalisation d'un banc de caractérisation de ces micro-composants aux longueurs d'ondes des télécommunications optiques. Ce banc permet un couplage efficace de lumière via la génération d'une luminescence au sein du composant. Des réseaux de découplage ont également été introduits sur les structures d'études pour pouvoir collecter la lumière transmise le long de ces guides. Ce banc a mis clairement en évidence ce nouveau type de guidage et des mesures spectrales ont permis une meilleure compréhension des processus de guidage particuliers à ces composants. Une troisième partie de ce travail repose sur une étude expérimentale et numérique des pertes de propagation de ces guides, qui restent élevées pour des applications pratiques. La dernière partie de ce travail consiste en l'association de ces guides avec des micro-cavités résonnantes, dans l'objectif de réaliser des fonctions compactes de filtrage en fréquences.
Author: Thi-Phuong Ngo
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 144
Get Book Here
Book Description
Le travail de cette thèse porte sur l'étude des composants photoniques à base d'îlots quantiques Ge/Si et du germanium pur pour la nanophotonique proche infrarouge. La première partie est consacrée à l'étude des cavités à cristaux photoniques en utilisant la photoluminescence des boîtes quantiques Ge/Si auto-assemblées. Les travaux sont centrés sur les nanocavités L3 et H1 réalisées dans les structures photoniques suspendues en silicium. La caractérisation optique par la technique de source interne permet d'obtenir des paramètres associés aux dynamiques de recombinaisons des porteurs de charges dans ces structures. Le facteur de qualité du mode fondamental des cavités n'est limité que par la résolution du spectromètre et non pas par la fabrication. La deuxième partie est consacrée à l'étude des cristaux photoniques réalisés sur substrat de germanium pur sur isolant (GeOI). Le substrat GeOI est constitué d'une couche fine de germanium pur séparée avec son substrat par une couche de silice. Les propriétés optiques sont sondées par la recombinaison radiative de la bande interdite directe du germanium pur à température ambiante. Les résonances des modes optiques sont observées de 1300 nm à 1700 nm dans les nanocavités L3 et H1. Les positions spectrales des résonances peuvent être contrôlées par le pas du réseau et le facteur de remplissage. Proche du bord de bande directe du germanium, le facteur de qualité est limité par l'absorption du matériau. Finalement, le dopage n du germanium obtenu par les techniques de dopage laser et de croissance aux organo-métalliques a été étudié. Ce travail montre que la photoluminescence est fortement exaltée à température ambiante à la fois pour le germanium massif et pour le germanium sur isolant en présence d'un fort dopage n. Les perspectives pour réaliser un laser en germanium dans la filière silicium sont présentées.
Author: Guillaume Gomard
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 188
Get Book Here
Book Description
La technologie photovoltaïque se caractérise par sa capacité à réduire constamment le coût de l’électricité délivrée, notamment grâce aux innovations technologiques. Un pas important a été franchi dans ce sens grâce à la mise en place d’une filière utilisant des couches minces, réduisant significativement la quantité de matériau actif nécessaire. Aujourd’hui, ces efforts se poursuivent et des couches semi-conductrices ultraminces voient le jour. Du fait de leur faible épaisseur, ces couches souffrent d’une faible absorption de la lumière, ce qui limite le rendement de conversion des cellules. Pour répondre à ce problème, les concepts issus de la nano-photonique peuvent être employés afin de contrôler la lumière à l’échelle des longueurs d’onde mises en jeu. Dans ce contexte, nous proposons de structurer la couche active des cellules solaires en cristal photonique (CP) absorbant. Cette nano-structure périodique assure simultanément une collection efficace de la lumière aux faibles longueurs d’onde et un piégeage des photons dans la couche active (ici en silicium amorphe hydrogéné) pour les longueurs d’onde situées près de la bande interdite du matériau absorbant. Dans le cadre de cette étude, des simulations optiques ont été utilisées de manière à optimiser les paramètres du CP, engendrant ainsi une augmentation de l’absorption de plus de 27% dans la couche active sur l’ensemble du spectre utile, et à établir des règles de design en vue de la fabrication des cellules structurées. Les principes physiques régissant leurs propriétés optiques ont été identifiés à partir d’une description analytique du système. Des mesures optiques réalisées sur les échantillons structurés, ont conforté les résultats de simulation et mis en évidence la robustesse de l’absorption de la cellule à l’égard de l’angle d’incidence de la lumière et des imperfections technologiques. Des simulations opto-électriques complémentaires ont démontré qu’une augmentation du rendement de conversion est réalisable, à condition d’introduire une étape de passivation de surface appropriée dans le procédé de fabrication de ces cellules.
Author: Xiang Li
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 194
Get Book Here
Book Description
Le travail de cette thèse a été essentiellement consacré à une étude théorique et expérimentale dans le proche infrarouge de nanostructures à cristal photonique constituées par un réseau périodique bidimensionnel de trous d’air dans laquelle est intégrée une source interne réalisée dans la filière silicium. Nous avons pu montrer expérimentalement qu’il était possible de sonder à température ambiante la position spectrale et le profil d’émission des modes de cavité dans la gamme proche infrarouge grâce à la luminescence interne des îlots auto-assemblés Ge/Si. Les analyses effectuées sur les différents mécanismes de pertes ont permis d’identifier la ou les sources de perte dominantes existant dans les cavités à cristal photonique 2D sur silicium et ainsi d’effectuer une ingénierie modale pour obtenir un meilleur confinement optique. En particulier, nous avons montré par micro-photoluminescence qu’il était possible de réaliser des modes de défaut avec un facteur de qualité élevé dans des cavités 2D à cristaux photoniques avec boîtes quantiques GeSi/Si intégrées sur silicium. Parallèlement, nous avons pu mettre en évidence une autre possibilité de contrôler le facteur de qualité pour des modes optiques se situant au centre de la zone de Brillouin par une approche combinant cristal photonique 2D et miroir de Bragg 1D toujours dans la filière silicium. Outre les résultats obtenus sur des mailles carrées, plusieurs voies d’optimisation ont été proposées. L’ensemble des résultats expérimentaux a pu être quantitativement interprété grâce à des simulations numériques de différents types dont principalement la méthode FDTD et la méthode des ondes planes.
