Dissertations / Theses: 'Modes de galerie (WGM)'

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Jana, Subha. "Biodetection using fluorescence energy transfer from Quantum dot excited whispering gallery modes to fluorescent acceptors." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2021. http://www.theses.fr/2021UPSLS081.

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Abstract:

La quantification de biomarqueurs spécifiques est un outil de diagnostic important. Les tests immunologiques standards tels que ELISA nécessitent de nombreuses étapes de lavage et une amplification du signal, en particulier à faible concentration. D'autre part, le transfert d'énergie résonant de type Förster (FRET) a été utilisé pour concevoir des tests biologiques homogènes en une seule étape qui ne nécessitent aucune étape de lavage, où le biomarqueur permet la formation d'un complexe "sandwich" impliquant des anticorps marqués par le donneur et d'autres marqués par l'accepteur. Le FRET du donneur vers l'accepteur fournit alors une signature optique de la formation du complexe, et donc du biomarqueur d'intérêt. Cependant, le FRET, qui est très sensible à la distance donneur-accepteur, ne se produit à un taux significatif que lorsque la distance donneur-accepteur est inférieure à 10 nm; la grande taille de nombreux complexes biologiques limite l'efficacité du transfert d'énergie, empêchant une détection sensible. Je propose ici une nouvelle modalité de transfert d'énergie qui utilise des microcavités optiques en solution. Ensuite, je décris un schéma de biodétection pour détecter un oligonucléotide biomarqueur de cancer en solution.À cette fin, j'ai conçu des structures de microcavité dans lesquelles des nanocristaux fluorescents sont placées à l'intérieur de microsphères diélectriques pour permettre un couplage fort de leur émission de fluorescence avec les modes de résonance de la cavité, appelés modes de galerie (WGM). J'ai étudié les propriétés structurelles et optiques de ces microcavités optiques. J'ai également caractérisé le transfert d'énergie entre ces modes et des nanoparticules acceptrices chargées de colorants présentes dans le champ évanescent, à quelques dizaines de nm au-dessus de la surface des microsphères. J’ai développé un modèle analytique pour caractériser les mécanismes de transfert d'énergie médié par les WGM (WGET). De plus, une comparaison entre WGET et FRET a révélé la supériorité du WGET dans le contexte de la construction de capteurs en termes de sensibilité et de portée de détection. Dans la dernière partie de la thèse, j’ai développé une stratégie pour fonctionnaliser ces microcavités optiques et leur permettre d'interagir avec des analytes cibles tels que l'ADN, l'ARN et les protéines avec une bonne spécificité. Cette stratégie a ensuite été adaptée pour fixer des sondes de capture d'ADN sur les microcavités activées par WGM. En utilisant les microsphères fixées à l'ADN comme donneur optique en combinaison avec des nanoparticules de colorants fonctionnalisées par un ADN complémentaire comme accepteurs optiques, un test de biodétection a été démontré avec succès pour détecter en solution un biomarqueur de cancer appelé survivine. Ce test a démontré une bonne sensibilité envers la cible, et s'est également avéré très spécifique. Le schéma de détection a été démontré dans un microscope confocal, au niveau de microsphères individuelles, puis transposé avec succès dans un instrument beaucoup plus simple tel qu'un spectrofluoromètre qui mesure la fluorescence de l'ensemble de la solution; la signature de la formation d'un complexe sandwich a été détectée efficacement.En conclusion, j'ai démontré que le transfert d'énergie assisté par microcavité présente plusieurs avantages par rapport aux tests FRET ordinaires. Un véritable test de biodétection basé sur le principe du WGET a également été conçu avec succès pour détecter des biomarqueurs du cancer avec une sensibilité et une spécificité élevées. Cette étude ouvre donc de nombreuses possibilités pour concevoir des tests plus performants et plus précis pour détecter diverses entités biologiques
Quantification of specific biomarkers is an important diagnostic tool. Standard immunoassays such as ELISA require extensive washing steps and signal amplification, in particular when the biomarker of interest is only present at very low concentrations. On the other hand, non-radiative Förster resonance energy transfer (FRET) has been used to design one-step homogenous bioassays which do not require any washing steps, where the biomarker enables the formation of a sandwich complex involving donor-labeled and acceptor-labeled antibodies. FRET from the donor to the acceptor then provides an optical signature of the complex formation, hence of the biomarker of interest. However, FRET which is highly sensitive to the donor-acceptor distance, only occurs in a significant rate when the distance between the donor and acceptor is less than 10 nanometers; thus the large size of many biological complexes limits the efficiency of energy transfer, preventing sensitive detection. Here I propose a novel energy transfer modality that uses solution-phase optical microcavities to enhance energy transfer. Following that, I describe a bio-sensing scheme designed to detect a cancer biomarker DNA in solution.To this aim, I have designed microcavity structures in which fluorescent colloidal quantum dots are located inside dielectric polymer microspheres to enable strong coupling of their fluorescence emission with the cavity resonance modes or whispering gallery modes (WGMs) of the microspheres. A detailed study was carried out to comprehend the structural and optical properties of these optical microcavities. I also characterized the energy transfer between these modes and acceptor dye-loaded nanoparticles present in the evanescent field, within a few tens of nanometers above the microsphere surface. An analytical model was constructed to provide insights into the WGM mediated energy transfer (WGET) mechanisms. Moreover, a comparison between WGET and FRET revealed the superiority of WGET in the context of building sensors with improved sensitivity and longer range of detection. In the last part of the thesis, a strategy is discussed in detail to provide biological functionalities to these optical microcavities which would enable them to interact with target analytes such as DNA, RNA, and proteins with high specificity, and moreover to reduce non-specific interactions. This strategy then was adapted to attach DNA capture probes onto the WGM enabled microcavities. Using the DNA attached microspheres as optical donor in combination with probe-DNA functionalized dye nanoparticles as optical acceptors, a biosensing assay has been successfully demonstrated to detect a cancer biomarker DNA called survivin in the solution phase. This assay did not only show good sensitivity towards the target, but also it has proven to be highly specific. The detection scheme has been demonstrated in a sophisticated confocal microscope at the single microsphere level, then successfully translated to a much simpler spectrofluorometer that measures fluorescence from the whole sample solution; the signature of the sandwich complex formation was also effectively detected.In conclusion, I demonstrated that microcavity-assisted energy transfer has several advantages over regular FRET assays. A real bio-sensing assay based on the WGET principle has also been successfully designed to detect cancer biomarkers with high sensitivity and specificity. This study thus opens up many possibilities to design high-performing and more accurate assays to detect varieties of biological entities

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Arnaud, Carole. "Étude de fonctions actives et/ou passives à base demicro-résonateurs à modes de galerie." Phd thesis, Université Rennes 1, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00121317.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur l'étude de résonateurs cyclique (à symétrie de révolution) dans lesquels existent des modes confinés de très haute surtension, appelés « modes de galerie ». Dans ces modes, la lumières est guidée dans le diélectrique constituant le résonateur le long d'un cercle équatorial par une succession de réflexion totales internes à l'interface diélectrique/air et les résonances correspondent à une condition de retour en phase. Les résonances sont très fines ce qui permet d'envisager des applications aussi biens passives (filtrage, insertion/extraction) qu'active (laser faible seuil, fonction non-linéaire).
Ce manuscrit de thèse est constitué de deux parties distinctes :
La première partie, qui concerne les fonctions passives à base de micro-résonateur planaire, présente différents outils (numérique et analytique) qui permettent de modéliser le comportement de ces structures et démontre la complémentarité de ces outils.
La deuxième partie concerne les lasers micro-sphériques (dopés Erbium) et plus précisément le problème de l'interaction entre les modes d'une micro-sphère et un miroir métallique.

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Benmessai, Karim. "Maser cryogénique à modes de galerie." Besançon, 2008. http://www.theses.fr/2008BESA2015.

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Abstract:

Les oscillateurs les plus stables au monde sont ceux utilisant un résonateur saphir placé à basse température. Dans ce cas, le résonateur est utilisé en mode passif et l'oscillation est entretenue par un amplificateur placé à température ambiante. Pour atteindre des stabilités ultimes, ce dispositif doit être complété par plusieurs asservissements afin de pallier les dérives de phase et d'amplitude du signal dans la boucle d'oscillation. Ce type d'oscillateur est donc encombrant et difficile à mettre en oeuvre dans des applications de terrain. L'objectif de cette thèse est de valider un autre principe d'utilisation du résonateur saphir : le MASER à modes de galerie. L'idée cette fois est de mettre à profit la présence d'impuretés paramagnétiques dans le cristal de saphir pour obtenir un effet MASER auto- entretenu. L'ensemble du dispositif est maintenant dans le même ensemble physique, à savoir le résonateur saphir et l'amplificateur placés à basse température. Le principe du MASER à modes de galerie a été démontré à l'aide de résonateurs saphir de type HEMEX, contenant des impuretés du type Fe3+. Son principe est fondé sur le MASER à trois niveaux d'énergie sans champ magnétique dc. En pompant les ions au moyen d'un mode de galerie à une fréquence de 31 GHz, une oscillation peut être obtenue via un autre mode de galerie à 12,04 GHz. Le niveau de puissance maximal obtenu à la sortie du résonateur est de 6. 10'9 W (dix mille fois supérieur à celui d'un Maser H) pour une' concentration ionique de quelques 10 ppb. Un modèle combinant le comportement des modes de galerie et celui des ions dans la matrice saphir a permis de décrire l'évolution de la puissance MASER en fonction de différents paramètres, tels que la température, les couplages des modes de galerie (à 12 GHz et à 31 GHz) et la concentration ionique. Des mesures sur l'instabilité relative du MASER, pour des niveaux de puissance de l'ordre de 10. 12 W, ont montré que cet oscillateur n'est limité à court terme que par le bruit thermique. Une autre expérience comparant le Whigmo à un oscillateur saphir cryogénique (OSC) à l'état de l'art a montré que le MASER présente une instabilité inférieure à quelques 10. 14 à court terme. Ce travail suggère que le MASER fonctionnant à une puissance de 3. 10. 9 W pourrait présenter des niveaux d'instabilité à court terme. En conclusion le MASER saphir cryogénique à mode de galerie est un oscillateur alliant les performances des OSC classiques et une extrême simplicité et pourrait à terme remplacer les OSC
The most stable oscillators use a sapphire resonator placed at low temperature. This resonator is used in a passive configuration and the oscillation is maintained by an amplifier at room temperature. To reach ultimate stabilities, several controls must be implemented in order to mitigate the phase and amplitude drifts of the signal in the oscillation loop. Such an oscillator is thus cumbersome and difficult to implement in ground applications. The main objective of this thesis is to validate another principle of the use of sapphire resonator: the Whispering Gallery modes MASER Oscillator (Whigmo). The idea is to use paramagnetic impurities that are present within the sapphire crystal to obtain a self-sustained MASER effect. The Whigmo principle has been demonstrated by using HEMEX sapphire resonators, containing paramagnetic ions (Fe3+ ions). Its principle is based on the three energy levels MASER at zero dc magnetic field. By pumping the ions thanks to a whispering gallery (WG) mode at 31 GHz, an oscillation is obtained via another WG mode at 12. 04 GHz. The maximum power delivred is of about 6. 10. 9 W (ten thousand times higher than an H-Maser) for ionic concentration as Iow as 10 ppb. A model combining the WG modes and the behaviour of the ions within the sapphire matrix, allows to describe the Maser power evolution according to various parameters, such as temperature. . Couplings of the WG modes (at 12 GHz and 31 GHz) and the ionic concentration. Measurements on the MASER instability for a power of about 10-12 W, showed that this oscillator is limited only at short term the thermal noise. An instability lower than 10. 14 at short term has been shown through another experiment, by comparing the Whigmo to the state of the art Cryogenic Sapphire Oscillator (CSO). This work suggests that the MASER working at power of 6. 10. 9 W could deliver short-term instability of about 1. 10. 1611/2. The Whigmo is then an oscillator that combine the performances of the traditional CSO and an extreme simplicity. Ln the near future it will elsewhere become the successor of the traditional CSO

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Paquet, Alex. "Biodétection au moyen des modes de galerie de microsphères fluorescentes." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28672/28672.pdf.

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Shah, Suhani Kiran. "Modeling scattered intensity from microspheres in evanescent field." Thesis, [College Station, Tex. : Texas A&M University, 2007. http://hdl.handle.net/1969.1/ETD-TAMU-2021.

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Mariani, Silvia. "Mélange à trois ondes dans des microcavités semiconductrices à modes de galerie." Paris 7, 2014. http://www.theses.fr/2014PA077095.

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Abstract:

Les micro-résonateurs semiconducteurs à modes de galerie (WGM) ont acquis une place très importante dans la photonique actuelle, en tant qu'environnement idéal pour des interactions lumière-matière amplifiées comme les processus de conversion de fréquence. Ces cavités optiques permettent d'emmagasiner l'énergie électromagnétique dans un volume sub-p3, en y piègent les rayons optiques par réflexion totale interne. L'intérêt vers les microcavités WGM trouve son origine dans les facteurs de qualité très élevés et dans la promesse d'applications dans la recherche fondamentale ainsi que dans l'ingénierie. Grâce à leurs hautes performances, elles peuvent être intégrées sur une puce photonique et trouver nombreuses applications dans les lasers à boîtes quantiques, dans l'optomécanique, dans la détection ou encore dans l'optique quantique. Ce travail de thèse a porté sur l'étude du mélange à trois ondes dans le cadre de deux projets différents. Dans un premier temps je présente les développements effectués afin de fabriquer des micro-résonateurs originaux nous ayant permis d'observer la génération de second harmonique autour de 775 nm, avec une longueur d'onde de pompe autour de 1550 nm L'efficacité non-linéaire obtenue est comparable avec les dispositifs à l'état de l'art dans la plate-forme III-V. La deuxième partie des expériences s'inscrit dans le cadre du projet européer TREASURE. L'objectif est la démonstration d'un émetteur THz pompé électriquement, basé sur la différence de fréquence et opérationnel à température ambiante en continu. Je présente les caractérisations effectuées dans le proche-IR et dans le THz, afin de pouvoir comparer les résultats avec nos simulations
Semiconductor whispering-gallery-mode (WGM) microresonators have already gained a prominent place in today's photonics, as an ideal environment for highly enhanced light-matter interactions like nonlinear wave mixing and optomechanics. These optical cavities can store optical energy on a sub-pm3 volume, by trapping light via total internai reflection. The interest drawn by WGM microcavities originates from their high quality factors and promise of applications for fundamental science and engineering purposes. Thanks to their versatility and high performances, they can be integrated on a photonic chip and involved in a wide set of applications, such as quantum-dot lasers, optomechanics, nanosensing, or quantum optics. This doctoral work deals with the study of three wave mixing processes in two different frameworks. First, I show the development made to fabricate some original micro-resonators that have enabled us to observe second harmonic generation around 775 nm, with a pump wavelength around 1550 nm. The obtained nonlinear efficiency is comparable to the state-of-the-art devices in the III-V platform. The second part of the experiments finds its place within the European project TREASURE. The main goal is the demonstration of an electrically pumped, CW THz emitter, based on difference frequency generation at room temperature. I present the measurements in the near-IR and THz regions performed to compare our results and simulations

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Nigon, Frédéric. "Conception de circuits planaires microondes à modes de galerie des résonateurs diélectriques." Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0011.

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Abstract:

Ce memoire presente l'application des modes de galerie des resonateurs dielectriques a trois types de dispositifs hyperfrequences integres : les filtres passe bande, les combineurs de puissances et les oscillateurs. Pour chaque cas, les techniques de realisation courantes sont presentees. Puis, des topologies basees sur la propagation du mode de galerie dans le resonateur sont proposees et etudiees. La conception et l'optimisation de ces dispositifs sont realisees a l'aide de l'analyse electromagnetique par la methode des elements finis. Celle ci est appliquee dans un premier temps a la caracterisation du couplage entre un resonateur dielectrique excite sur un mode de galerie et deux lignes microrubans paralleles. Par la suite, l'analyse electromagnetique globale des dispositifs est presentee. Afin d'en faciliter l'etude et l'optimisation, une approche par segmentation et chainage des matrices de repartition generalisees est decrite. Ce travail a permis l'optimisation et la realisation de dispositifs en technologie microruban fonctionnant principalement dans la bande de frequence ku. Les mesures experimentales soulignent l'excellente prediction des resultats grace a l'analyse electromagnetique. Les filtres presentent des bandes passantes tres etroites. Un rendement de combinaison superieur a 82% est obtenu pour un combineur de puissances deux voies. Enfin, une topologie originale d'oscillateur a resonateur dielectrique est proposee. La frequence d'oscillation et la puissance de sortie theoriques presentent un tres bon accord avec l'experimentation.

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Jager, Jean-Baptiste. "Fabrication et étude optique de microcavités à modes de galerie intégrées sur silicium." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENY017/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a consisté à mettre en place toute une filière de fabrication de microtores en silice sur silicium (étapes de lithographie et de gravure en salle blanche pour la réalisation de microdisques, installation d'un banc optique permettant la transformation du résonateur en microtore par un procédé de recuit laser CO2), à installer un banc optique permettant de mesurer la largeur spectrale de leurs résonances optiques à 1.55 µm et enfin, à explorer l'intégration d'émetteurs de lumière composés d'éléments de la colonne IV comme du silicium et du germanium, dans ces cavités. Des microtores supportant des résonances de facteur de qualité Q proche de 10^8 à 1.55 µm ont été fabriqués. Ces réalisations sont très proches de l'état de l'art et valident à la fois la fabrication des cavités et le banc optique permettant les mesures spectrales des modes de galerie (WGM). Grâce à un contrôle fin des différentes étapes de fabrication, de nouveaux résonateurs ont également été réalisés, des microsphères de silice sur puce de petits rayons (entre 5 et 14 µm). Une étude détaillée de ces résonateurs est présentée. Des Q proches de 10^8 ont également été mesurés. Des cavités WGM comportant une couche de nanoclusters de silicium dans une matrice de silice avec des ions erbium (SiOx : Er) sont étudiées en photoluminescence. Un couplage des ces émetteurs à des WGM est observé à température ambiante dans le visible et dans l'infrarouge. Un travail de couplage du germanium aux WGM a commencé et semble prometteur
This work consisted in developing a fabrication process of silica microtoroids on a silicon chip (steps of lithography and etching in clean room for the realization of microdisks, set up of an optical bench to form a microtoroid with a reflow treatment of a silica microdisk by a CO2-laser), setting up an optical bench to measure the linewidth of their optical resonances at 1.55 µm and finally, exploring light emitters integration in these cavities such as silicon and germanium. Very high quality-factors (Q) close to 10^8 at 1.55µm have been measured on microtoroids. These realizations are very close to the State of the art and validate both the fabrication of these cavities and the optical bench to measure the linewidth of their Whispering Gallery Modes (WGM). With a precise control of the fabrication steps, new resonators have also been fabricated, silica microspheres on a chip with small radii (5 < r < 14µm). An in-depth study of these last ones is presented. Q-factors close to 10^8 have also been measured on microspheres. WGM cavities with a SiOx: Er layer (silicon nanoclusters in silica with erbium ions) are studied by photoluminescence. Coupling of these light emitters to WGM is observed in visible and near infrared at room temperature. A work of coupling of germanium to WGM began and seems promising

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Verbert, Jérémy. "Réalisation et étude optique de microcavités à modes de galerie intégrées sur silicium." Phd thesis, Grenoble 1, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00143070.

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Abstract:

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a consisté à explorer les possibilités d'associations d'émetteurs compatibles silicium efficaces à température ambiante avec des cavités à modes de galerie intégrées sur silicium.
La première partie de l'étude concerne le développement de matériau émetteur utilisant l'erbium. Différentes matrices sont utilisées afin d'aboutir à une émission efficace à 1,54 µm à température ambiante : silice, silicium sur isolant (SOI) et silice non-stoechiométrique (SRO : nanoclusters de silicium en matrice de silice). Les émetteurs retenus pour l'étude, le silicium sur isolant et l'erbium associé au SRO, sont ensuite intégrés à des cavités de type microdisque par des procédés de lithographie et gravure dérivés de ceux utilisés en microélectronique. Dans le cas des disques à base de silice, un recuit au laser CO2 permet de s'affranchir des rugosités résiduelles par fusion des bords du disque conduisant à la formation de tores.
Les structures obtenues sont ensuite étudiées au moyen d'un banc de photoluminescence spécifique développé au laboratoire tenant compte des caractéristiques de l'émission dans les modes de galerie et permettant leur évaluation fine. Le couplage de l'émission du silicium et du SRO dopé erbium à des modes de galerie possédant des facteurs de qualité de plusieurs milliers (jusqu'à Q ≈ 90000) est ainsi observé à température ambiante. Ces résultats, associés à la possibilité de coupler les cavités à des guides démontrée pour les disques SOI, ouvrent des perspectives particulièrement intéressantes du point de vue de la recherche appliquée (sources intégrées) comme de la recherche fondamentale (effets CQED sur les terres rares).

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Jager, Jean-baptiste. "Fabrication et étude optique de microcavités à modes de galerie intégrées sur silicium." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00768049.

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Abstract:

Ce travail de thèse a consisté à mettre en place toute une filière de fabrication de microtores en silice sur silicium (étapes de lithographie et de gravure en salle blanche pour la réalisation de microdisques, installation d'un banc optique permettant la transformation du résonateur en microtore par un procédé de recuit laser CO2), à installer un banc optique permettant de mesurer la largeur spectrale de leurs résonances optiques à 1.55 µm et enfin, à explorer l'intégration d'émetteurs de lumière composés d'éléments de la colonne IV comme du silicium et du germanium, dans ces cavités. Des microtores supportant des résonances de facteur de qualité Q proche de 10^8 à 1.55 µm ont été fabriqués. Ces réalisations sont très proches de l'état de l'art et valident à la fois la fabrication des cavités et le banc optique permettant les mesures spectrales des modes de galerie (WGM). Grâce à un contrôle fin des différentes étapes de fabrication, de nouveaux résonateurs ont également été réalisés, des microsphères de silice sur puce de petits rayons (entre 5 et 14 µm). Une étude détaillée de ces résonateurs est présentée. Des Q proches de 10^8 ont également été mesurés. Des cavités WGM comportant une couche de nanoclusters de silicium dans une matrice de silice avec des ions erbium (SiOx : Er) sont étudiées en photoluminescence. Un couplage des ces émetteurs à des WGM est observé à température ambiante dans le visible et dans l'infrarouge. Un travail de couplage du germanium aux WGM a commencé et semble prometteur.

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Lessard, Reno. "Biodétection au moyen des modes de galerie de microsphères fluorescentes : de la technique à l'instrument." Thesis, Université Laval, 2013. http://www.theses.ulaval.ca/2013/29794/29794.pdf.

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Auxemery, Philippe. "Contribution à l'étude des paramètres électriques et électromagnétiques des modes de galerie des résonateurs diélectriques." Limoges, 1989. http://www.theses.fr/1989LIMO4001.

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Abstract:

Deux méthodes d'analyses électromagnétiques des Whispering Gallery (W. G) modes des R. D. Sont présentées dans ce mémoire. Une méthode approximative analytique et la méthode des éléments finis permettent de connaître avec précision la fréquence de fonctionnement et la cartographie du champ électromagnétique d'une structure microonde. Ces résultats couplés à une analyse électrique des dispositifs à résonateurs diélectriques ont permis la réalisation de filtres directifs et d'un combineur de puissance utilisant les W. G. Modes des résonateurs diélectriques.

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Etourneau, Karine. "Etude de l'interface coeur/gaine des fibres optiques polymères par excitation de modes de galerie." Limoges, 1996. http://www.theses.fr/1996LIMO0020.

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Abstract:

Les procedes de fabrication des fibres optiques polymeres et leur vieillissement sont susceptibles de degrader la qualite de l'interface cur/gaine. Mon travail a consiste a elaborer des methodes d'optique guidee permettant l'etude de cette interface. L'idee de depart a ete de considerer que la puissance diffusee en raison de ces defauts le long de la fibre est proportionnelle a celle qui est guidee. Le but a alors ete d'injecter l'energie a proximite de l'interface et d'etudier sa propagation. Nous avons d'abord analyse la possibilite d'etudier l'interface en injectant, sur la face d'entree de la fibre, un mode tubulaire d'ordre azimutal eleve. Malgre une amelioration sensible du dispositif de selection modale dans une cavite laser disponible au laboratoire, le confinement de l'energie pres de la gaine n'a pas ete suffisant. Nous avons ensuite utilise les modes de galerie optiques qui permettent le confinement de l'energie a la peripherie de surfaces courbes. La vitesse de phase et le domaine occupe par ces modes ont ete determines par une theorie electromagnetique rigoureuse. Une representation par rayons lumineux et une modelisation par guide plan equivalent ont permis d'obtenir plus rapidement ces caracteristiques. L'excitation de ces modes a l'interface cur/gaine a ete realisee par prisme, apres un polissage lateral de la fibre. Les champs proche et lointain en sortie ont ete decrits en fonction des conditions d'injection. Le releve de la puissance diffusee le long de la fibre et la mesure de celle transmise, par la methode de la coupure, nous ont conduit a remettre en cause la proportionnalite prevue entre ces deux puissances. Finalement, nous avons propose des explications plausibles a cette contradiction

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Orucevic, Fedja. "Production de microtores de silice sur silicium : excitation et caractérisation de leurs modes de galerie." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066642.

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Abstract:

Les microtores de silice sur les puces de silicium sont un nouveau type de microcavités à modes de galerie. Dans la double filiation des microsphères de silice et des microdisques de GaAs, ils en combinent les avantages, soit la très haute surtension des cavités de silice fondue (Q ~ 107 – 109), et les faibles volumes accessibles par les microcavités intégrées (V~ 100*(lambda/N)3), ce qui fait d’eux des composants idéaux pour les expériences d’électrodynamique quantique en cavité et d’optique non-linéaire. L’intégration des microtores découle de leur méthode de fabrication qui implique successivement des étapes de la lithographie et gravure de la silice et du silicium, puis la fusion au laser CO2. Cette thèse décrit successivement les modes de galerie des microcavités toriques, et la méthode de fabrication des microtores. Elle porte ensuite sur la caractérisation, l’excitation et la détection de ces modes. Elle décrit notamment une détection en onde évanescente grâce à des fibres polies selon un plan formant un grand angle avec l’axe optique, en sorte de réaliser l’accord de phase entre la microcavité et la fibre. Ceci permet de sélectionner la fluorescence émise dans les modes de galerie, au détriment de la celle émises dans les modes fuyants. De meilleures sélectivité et efficacité sont obtenues en utilisant des fibres amincies (tapers) que nous avons produites et étudiés en grand détail. Ces résultats permettent d’obtenir un couplage optimal entre les tapers et les modes des microcavités. Le spectre des modes de galerie a ainsi pu être obtenu et comparé aux prédictions théoriques.

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Petitjean, Michae͏̈l. "Etude de microrésonateurs optiques par modes de galerie couplés à des fibres polies sur le côté." Limoges, 2000. http://www.theses.fr/2000LIMO0006.

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Abstract:

Le travail expose dans ce memoire porte sur l'etude d'un filtre optique a bande passante tres etroite, pouvant servir pour le demultiplexage en longueur d'onde (wdm) compose d'une microsphere couplee a deux fibres polies sur le cote. Les microspheres sont des cavites resonantes, dont le diametre est de l'ordre de la centaine de microns, transportant des modes de galerie. Ces modes se propagent a l'interieur de concavites par reflexions totales successives avec peu de pertes. Leurs resonances sont des pics tres etroits dont les coefficients de qualite sont de l'ordre de 10 9. Toutefois, de tres nombreux modes de galerie se propagent dans ces cavites. Les indices effectifs de ces modes de galerie sont tres proches. Leur excitation selective est donc delicate. La solution que nous proposons ici est de realiser des guides optiques monomodes a la peripherie des microspheres. Le mode qui se propage dans la couche guidante sera separe des autres modes de galerie. L'etude theorique des structures composees d'une microsphere autour de laquelle se situe un guide est realisee en decoupant la cavite en tranches cylindriques paralleles. Chaque tranche est assimilee a un guide a gradient d'indice. Au cours de cette etude, nous avons elabore differentes methodes de conception de guides autour de microspheres. Nous avons realise des guides par echange ionique a la peripherie de microspheres de verre sodocalcique, ainsi que des guides par bombardement electronique de la surface de microspheres de silice. Nous avons enfin etudie la possibilite de realiser des guides par depot de couche de solgel sur des microspheres de silice. Les accroissements de l'ecart entre les indices effectifs des modes de galerie d'ordre radial 0 et 1 sont de 2,7. 10 3 pour l'echange ionique et de 1,5. 10 3 pour le bombardement electronique de la silice. Le filtre etudie comprend aussi des demi-coupleurs a fibre que nous avons fabrique et caracterise a l'aide de la methode des liquides d'indice. Cette methode consiste a deposer un liquide sur la partie polie du coupleur et de faire varier son indice pour changer la proportion d'energie dispersee dans le liquide. Nous avons ainsi pu mesurer des epaisseurs de gaine polies a 1 m du cur de la fibre avec une precision de 0,1 m. Nous avons aussi realise un montage permettant de visualiser le spectre de resonance de microspheres de silice. Nous avons pu mesurer des coefficients de qualite de 44000 pour une microsphere de silice de 250 m de diametre.

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Candéla, Yves. "Microcavités de silice : Excitation par fibre des modes de galerie et fonctionnalisation par des nanocristaux de silicium." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00658670.

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Abstract:

Cette thèse exploite les modes de galerie de microcavités optiques, qui résultent d'un guidage par réflexion totale interne et possèdent des facteurs de qualité très élevés et de faibles volumes modaux. Ce mémoire rappelle dans un premier temps la description théorique des modes des microsphères et des microtores de silice. Leur fabrication est ensuite présentée, en soulignant les améliorations apportées au cours de la thèse, notamment la production de sphères de diamètre inférieur à 20 μm, et l'amélioration de la symétrie des tores à l'aide d'une polarisation circulaire. Nous présentons une étude détaillée de leur excitation par un coupleur fibré en insistant sur le phénomène d'interférence en ondes évanescentes qui se produit dans le gap. Ce phénomène est responsable des élargissements et déplacements des résonances dont je présente une étude poussée. Cette approche débouche sur une méthode très efficace de détermination de l'ordre radial. Par ailleurs, on observe des formes de résonance inattendues, qui résultent d'interférences entre deux modes du coupleur dans une configuration analogue à l'interféromètre de Mach-Zehnder. Nous abordons enfin la réalisation de microsources fondées sur l'émission de nanocristaux de silicium (NC Si) dans ces cavités. Les émetteurs ont des tailles contrôlées allant de 0,6 à 6 nm. Le chauffage au laser CO2 active la photoluminescence des NC Si autour de 750 nm, puis induit leur destruction partielle par coalescence. Le facteur de remplissage optique et les défauts de la matrice apparaissent comme les principaux obstacles à une amélioration significative des performances. Il a été possible de collecter l'émission de NC Si couplés à des microtores, en champs proche et lointain.

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Dubreuil, Nicolas. "Excitation par fibre optique et cartographie en champ proche des modes de galerie de microsphères de silice." Rennes 1, 1997. http://www.theses.fr/1997REN10161.

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Abstract:

Ce travail de these porte sur l'etude des modes de galerie de tres haute surtension observes dans des microspheres de silice dont le diametre varie entre 50 et 400 microns. La lumiere peut se propager le long de l'equateur dans une serie de reflexions totales internes tout en restant confinee dans un anneau dont les dimensions transverses sont de l'ordre de la longueur d'onde. Ces proprietes peuvent etre mises a profit dans des experiences fondamentales d'electrodynamique en cavite, pour obtenir des effets d'optique non-lineaire a faible seuil ou encore pour des applications interessant le domaine des telecommunications. Ce manuscrit de these decrit une nouvelle methode experimentale d'excitation des modes de galerie utilisant une fibre optique. Ce systeme presente l'avantage d'etre plus simple et plus compact que le montage d'excitation par prisme conventionnel. Nous avons illustre la possibilite d'utiliser les microspheres dans des dispositifs optoelectroniques par la fabrication d'un filtre optique tres selectif en longueur d'onde. Nous avons aussi realise des experiences de cartographie par microscopie en champ proche des modes de galerie. Ces experiences nous permettent de localiser avec precision le champ resonnant contenu dans la microsphere et de determiner les ordres d'interference des resonances. Ces informations sont essentielles pour la realisation d'experience sur le couplage d'atomes ou molecules au champ d'un mode de galerie.

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Lomer, Barboza Mauro. "Contribution à l'étude des modes de galerie optiques : Fabrication de guides optiques non linéaires par diffusion de plomb." Limoges, 1992. http://www.theses.fr/1992LIMO0162.

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Abstract:

L'objet de ce travail a ete l'etude des modes de galerie optiques, en vue de la realisation des resonateurs optiques. Des reseaux de diffraction ont d'abord ete realises avec un nouveau systeme d'insolation holographique a fibres optiques a maintien de polarisation. Ces reseaux ont permis l'excitation et l'etude des modes de galerie optiques dans un cylindre de materiau transparent. La faible attenuation de ces modes de galerie est interessante pour la realisation d'un resonateur optique. La separation entre les modes a ete amelioree en creant a la peripherie du cylindre une couche d'indice plus eleve. Parallelement, des guides optiques plans non-lineaires ont ete realises par une technique de diffusion du plomb. L'application de ce guide non-lineaire aux resonateurs optiques devrait permettre la realisation de dispositifs bistables pour le traitement du signal tout optique

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Duchiron, Guillaume. "Analyse et conception de résonateurs saphir à modes de galerie pour des applications de métrologie et de filtrage microondes." Limoges, 2001. http://www.theses.fr/2001LIMO0049.

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Abstract:

Ce mémoire est dédié à l'analyse et la conception de résonateurs saphir à modes de galerie. Ces études concernent deux applications différentes. La première application s'inscrit dans le cadre du programme d'horloge atomique PHARAO. Cette horloge nécessite aujourd'hui la mise au point d'une source d'interrogation à 9,2 GHz présentant des performances de bruit de phase et de stabilité de fréquence exceptionnelles. Les divers résultats publiés à ce jour montrent que de telles performances pourraient être obtenues directement avec des oscillateurs utilisant des résonateurs saphir à modes de galerie caractérisés par des coefficients de qualité à vide largement supérieurs à la normale. Cependant, ces résonateurs présentent quelques inconvénients parmi lesquels une forte densité de modes parasites autour du mode référence et une grande sensibilité à la température de la fréquence de résonance. Ces deux inconvénients majeurs nous ont donc amené à développer de nouvelles topologies de résonateurs saphir à mode de galerie. Dans un premier temps, afin de supprimer les modes parasites, nous avons mis au point une technique de sélection modale qui consiste à insérer des vis métalliques dans la structure. Cette technique, qui fonctionne bien à température ambiante, présente quelques limites à T=77K. En effet, à cette température, le facteur de qualité du résonateur est détérioré par les pertes ohmiques engendrées par les vis d'une part, et par le blindage d'autre part. Aussi, afin de contourner cette limitation, nous avons inséré dans le résonateur cryogénique des films supraconducteurs HTc
This thesis is devoted to the study of whispering gallery mode sapphire resonators and to the optimisation of their performances for two distinct applications. The first application is a metrological application for atomic clock PHARAO project. The second topic presented is the realisation of microwave ilters for industrial space applications

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Rasoloniaina, Alphonse. "Études expérimentales de dispositifs intégrés à base de micro-résonateurs à mode de galerie en verres actifs." Phd thesis, Université Rennes 1, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01009345.

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Abstract:

Les microrésonateurs à mode de galerie passifs à base de cristal ou de verre fabriqués par la méthode de fusion possèdent un facteur de qualité limité à quelques 10E8. Ceci est généralement dû à la contamination de la surface du résonateur lors de sa fusion. Dans ces travaux, nous proposons de contourner cette limitation en utilisant des microrésonateurs actifs pour compenser les pertes. Afin de caractériser les microrésonateurs actifs de très haut facteur de qualité ainsi obtenu, nous nous appuyons sur la méthode CRDM (Cavity Ring Down Measurement). Cette méthode interférométrique est d'une part bien adaptée à la caractérisation de résonateurs de très haut facteur de qualité et d'autre part elle permet de remonter de manière univoque aux facteurs de qualité intrinsèque Qo et extrinsèque Qe du résonateur. Dans un régime de compensation de pertes, nous avons pu atteindre tous les régimes de couplage et obtenus des facteurs de qualité intrinsèques excédant les 10E10. En régime d'amplification sélective, nous avons démontré expérimentalement que l'on pouvait obtenir des gains élevés allant jusqu'à 33 dB et des retards de groupe excédant 2,3 µs dans ces microrésonateurs actifs. Ces microrésonateurs de très haut facteur de qualité et de très haute finesse peuvent présenter un couplage modal se manifestant par un doublet de résonances. Une confrontation théorie/expérience avec la méthode CRDM permet de mesurer un écart très faible entre les doublets. Par ailleurs, ces microrésonateurs présentant un fort confinement spatial et une forte surtension, sont propices à l'observation d'effets non-linéaires. Une modélisation intégrant l'effet thermique et l'effet Kerr a été réalisée. Une confrontation théorie/expérience nous a permis d'estimer la puissance réellement injectée dans le mode ainsi qu'à estimer le volume du mode.

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Mouneyrac, David. "Utilisation des modes de galerie pour la caractérisation des semi-conducteurs et la réalisation d’un oscillateur ultra faible bruit de phase." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/b064636f-9960-4993-8a5c-e0d6ce0a20e1/blobholder:0/2011LIMO4045.pdf.

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Abstract:

Ces travaux de recherche s’inscrivent dans le cadre de l’utilisation des résonateurs diélectriques à fort coefficient de qualité et notamment l’utilisation des modes de galerie pour la caractérisation de semi-conducteurs et la réalisation d’un oscillateur ultra-faible bruit de phase à 77 Kelvin. Le premier chapitre présente les modes de galerie qui sont au coeur des deux projets présentés dans ce manuscrit. Le second chapitre est consacré à la présentation d’une méthode originale qui permet la caractérisation des semi-conducteurs à l’aide de l’utilisation de résonateurs diélectriques utilisant les modes de galerie. Des mesures de caractérisation sont des échantillons semi-conducteurs de phosphure de gallium, arséniure de gallium et carbure de silicium 4H. Sous l’effet de la lumière et à températures cryogéniques, on observe un changement des propriétés microondes des semi-conducteurs dus à des effets de photoconductivité. Le troisième et dernier chapitre décrit la réalisation d’un oscillateur ultra-faible bruit de phase fonctionnant à 11GHz et refroidi à 77 Kelvin. On propose un oscillateur ultra-faible bruit de phase basé sur l’utilisation de deux résonateurs saphir placés l’un au dessus de l’autre et refroidis à température de l’azote liquide. L’excitation des modes de galerie dans ces résonateurs est le coeur de ce résonateur. La mesure de phase montre des performances de -115dBc / Hz à 1 kHz de la porteuse
This research work was done in order to use high-Q dielectric resonators for the characterization of semi-insulating materials and to build an ultra-low phase noise oscillator cooled at 77 Kelvin. The first chapter introduces the whispering gallery modes which are the heart of the work presented in this thesis. The second chapter presents a new method for the characterization of semi-insulating materials by using the whispering gallery modes. Measurements were made on gallium phosphide, gallium arsenide and silicon carbide 4H. Under light and at cryogenic temperatures, microwave properties of the samples change because of photoelectric effect. In the last and third chapter, we describe an ultra-low phase noise oscillator at 11GHz and cooled at 77 Kelvin. The ultralow phase noise oscillator is based on a double sapphire resonator. The whispering gallery modes are in the key element of this project. Phase noise measurement gives - 115dBc/Hz at 1 kHz of the carrier

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Huet, Vincent. "Étude et réalisation de lignes à retard optique intégrées dans des micro-résonateurs à modes de galerie en verres actifs dopés erbium." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S108/document.

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Abstract:

Les microrésonateurs à modes de galerie en matériaux amorphes sont faciles à produire par des techniques de fusion. Leur facteur de qualité est cependant limité à quelques 108 du fait du phénomène de contamination de surface ou d'une absorption résiduelle plus importante que celle des matériaux cristallins. Nous avons développé deux méthodes utilisant des micro-résonateurs actifs, fabriqués par fusion de poudres de verres ZBLALiP dopés Erbium, permettant de dépasser cette limite. Il est tout d'abord possible de compenser les pertes en introduisant du gain optique dans le micro-résonateur. Des facteurs de qualité chargés de 5×109 correspondant à un facteur de qualité intrinsèque de 1010 ont ainsi pu être mesurés. En plus d'une augmentation du facteur de qualité, le gain interne offre un paramètre supplémentaire de contrôle du couplage, cela nous a permis d'obtenir tous les régimes de couplage d'un résonateur à partir du sous couplage jusqu'au régime d'amplification sélective. Nous avons atteint en particulier le régime de transparence, un micro-résonateur dans un tel régime peut trouver des applications comme ligne à retard variable transparente ayant un retard de groupe qui peut être modifié en jouant sur le taux de couplage entre le résonateur et la ligne d'accès. La deuxième méthode consiste à augmenter très fortement la valeur de l'indice de groupe du milieu par des effets de lumière lente. Un indice de groupe d'environ 4×106 a été obtenu via le phénomène d'Oscillations Cohérentes de Populations (OCP) ce qui caractérise un très fort ralentissement de la lumière. Ceci nous a permis d'augmenter, dans une micro-cavité, le temps de stockage des photons de 200 ps à 2,5 ms ce qui correspond à un facteur Q de 3×1012
Glass-based whispering gallery mode (WGM) microresonators are easy to produce by melting techniques. However, they suffer from surface contamination or residual absorption which limits their long term quality factor to only about 108. We show that an optical gain provided by erbium ions can compensate for residual losses. Moreover it is possible to control the coupling regime of an ultrahigh Q-factor microresonator from undercoupling to spectral selective amplification by changing the pumping rate. We demonstrate a critically coupled fluoride glass WGM microresonator with a diameter of 220 μm and a loaded Q-factor of 5,3×109. We also show that by introducing slow-light effects in a monolithic WGM microresonator it is possible to enhance the photon lifetime by several orders of magnitude and circumvent fabrication limitations. We experimentally demonstrate Erbium-doped fluoride glass microresonators with a photon lifetime up to 2,5 ms at room temperature, corresponding to a Q-factor of 3×1012 at 1530 nm, by combining WGM resonance effect and population oscillations

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Bourgeois, Pierre-Yves. "Référence Secondaire de Fréquence à Résonateur Saphir Cryogénique." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008331.

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Abstract:

Ce mémoire présente l'élaboration et la caractérisation d'un étalon secondaire de fréquence à résonateur saphir cryogénique, dans la gamme des fréquences microondes.\\ Le monocristal de saphir ($Al_2O_3$), excité sur des modes électromagnétiques d'ordre élevé, les modes de galerie, et utilisé au voisinage de la température de l'hélium liquide, représente le meilleur candidat pour réaliser un oscillateur présentant une instabilité relative de fréquence de l'ordre de $1\cdot 10^(-14)$.\\ Une dégénérescence du mode généralement observée aux températures cryogéniques rend difficile l'ajustement des couplages. Nous présentons ici un modèle simple expliquant correctement la séparation du mode en fréquence et les formes d'onde observées expérimentalement.\\ D'autre part, le problème des modes parasites est résolu par la mise au point d'une structure résonante en cavité ouverte.\\ Tous les éléments nécessaires à la construction de cet oscillateur sont analysés en détails.\\ Les résultats obtenus sont tout à fait exceptionnels. Sur le court terme, l'instabilité relative de fréquence est inférieure à $7.5\cdot 10^(-15)$. Dans le domaine du long terme, aucune dérive n'est clairement identifiée. La stabilité sur 1 jour est $<2\cdot 10^(-14)$. Ce dernier résultat constitue l'état de l'art pour des références secondaires de fréquence sur le long terme. \\ Enfin, d'autres travaux concernant la mesure des propriétés diélectriques d'un cristal de langasite, la caractérisation d'oscillateurs ultrastables, la chaîne de synthèse, un oscillateur saphir-rutile compensé thermiquement, et l'observation d'un phénomène de bistabilité du résonateur saphir né de la coïncidence fortuite d'un mode de galerie du cristal avec celle de l'ion paramagnétique $Fe^(3+)$, sont également présentés.

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Long, Romain. "Couplage d'une microsphère accordable et d'une "puce à atomes" : vers des expériences "intégrées" d'électrodynamique quantique en cavité optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006175.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse porte sur le couplage d'une cavité microsphère accordable avec des atomes piégés magnétiquement par une « puce à atomes ».

Pour réaliser une interaction atome-champ contrôlée, il est nécessaire de rendre la microsphère accordable. Par l'application d'une contrainte mécanique sur la sphère, nous avons pu accorder un mode de galerie sur 400 GHz. De plus, en miniaturisant le
dispositif de couplage, nous pouvons exciter un mode de la sphère dans une chambre ultra-vide, où les atomes froids sont manipulés.

D'autre part, une puce multi-couches nous permet de réaliser un convoyeur magnétique, transportant les atomes entre une zone de chargement du piège et la cavité, soit sur une distance de 6 cm à une vitesse de 10 cm/s. En effectuant 2 allers-retours,
les atomes ont parcouru une distance totale de 24 cm. Ce transport d'atomes piégés nous permet de résoudre l'un des principaux problèmes du couplage d'atomes froids
avec les modes d'une microsphère.

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Diallo, Souleymane. "Utilisation des non-linéarités Kerr et Brillouin dans les résonateurs à mode de galerie cristallins pour la synthèse de micro-ondes." Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2028/document.

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Abstract:

Les résonateurs à modes de galerie sont des cavités diélectriques qui supportent des modes à très haut facteur de qualité et à faible volume qui demeurent confinés à l'interface air-diélectrique pour des durées pouvant atteindre voire dépasser la microseconde. L'intérêt de ce fort confinement des modes pour de longues durées est l'accentuation de l'interaction lumière-matière. Par conséquent, de nombreuses interactions non-linéaires telles que l'effet Kerr ou encore l'effet Brillouin à des puissances seuil inversement proportionnelles au carré voire au cube du facteur de qualité du résonateur ont lieu en son sein. Ces propriétés donnent accès à de nombreuses applications dans des domaines divers et variés tels que la spectroscopie, les télécommunications ou encore les micro-ondes. Les travaux de cette thèse ont pour but d'exploiter les non-linéarités Kerr et Brillouin dans les résonateurs à mode galerie à la longueur d'onde de 1550 nm afin de générer des micro-ondes ultra-stables à des fréquences comprises entre 5 et 30 GHz. Le premier chapitre introduit la théorie, la fabrication, le couplage et la caractérisation de résonateurs à des modes de galerie. Le second chapitre concerne la génération de micro-ondes. Nous y présentons nos résultats expérimentaux, la modélisation numérique de peignes de Kerr, ainsi que l'analyse d'instabilités oscillatoires d'origine thermique observées lors de nos travaux expérimentaux, puis nous concluons. Le dernier chapitre traite de l'interaction photons-phonons via le processus de diffusion Brillouin stimulée dans ces mêmes expérimentaux ainsi que le modèle temporel que nous avons développé pour suivre la dynamique de l'onde transmise et de celle rétrodiffusée. Le dernier chapitre conclue nos travaux. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été financé par l'European Research Council dans le cadre du projet NextPhase
Whispering galery mode resonators are dielectric cavities that support modes with ultra-high quality factor and small volume that remain confined in their inner periphery for time duratioons that can be as long as few microseconds. The strong confinement of these modes for such long durations strongly enhances nonlinear effect suchs as Kerr effect or Brillouin effect. These resonators can therefore be used for several applications such as spectroscopy, telecommunications or microwave generation. The objective of this thesis is to use Kerr and Brillouin nonlinearities in these resonators at the laser wavelength of 1550 nm, in order to generate high spectral purity microwave signals with frequencies rangong fros 5 to 30 GHz. The first chapter oh the thesis intriduces the theory, fabrication, coupling and characterisation of whispering gallery mode resonators. The second chapter is about the generation of Kerr optical frequency combs in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental resuktsdn the numerical modelling of Kerr combs, the analysis of oscillatory instabilities (due to thermal effect) observed during our experiments, and conclue. The third chapter concerns photon-phonon interactions via stimulated Brillouin scattering in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental results and the temporal model that we developed to track the dynamics of the forward and backscattered fields. The last chapter conclude the thesis. The research presented in this thesis has benne funded by the European Research Council through the project Nextphase

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Mandorlo, Fabien. "Etude et réalisation de liens optiques hétérogènes à base de semiconducteurs III-V reportés du Silicium." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00558357.

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Abstract:

Afin de poursuivre la croissance imposée par la loi de Moore, les circuits numériques deviennent de plus en plus parallèles, avec un nombre important d'unités de calcul distinctes. L'utilisation de l'optique peut s'avérer intéressante pour leur assurer une bande passante élevée. Au contraire, les liens traditionnels (électriques) commencent à montrer leurs limites en terme de consommation par unité d'information échangée. Dans un tel contexte, il est alors nécessaire de développer des interconnexions optiques dont les procédés de fabrication restent compatibles avec le standard CMOS. Si le transport de la lumière est aisé à obtenir au voisinage de 1.55 μm avec le couple Silicium/Silice, l'obtention de sources LASER est nettement plus difficile puisque le silicium (gap indirect) ne permet pas de réaliser le gain optique requis. Une solution consiste alors à reporter par collage moléculaire des vignettes de composés à base de semi-conducteurs III-V.Dans cette thèse, nous nous intéresserons uniquement à une source bien particulière, basée sur les modes de galerie (WGM) dans les résonateurs à symétrie circulaire, de quelques micromètres de rayon. Nous verrons comment tirer profit des éléments a priori perturbateurs que sont les contacts électriques (absorbants) de sorte à diminuer le seuil LASER. La mise en place d'un modèle semianalytique permet d'obtenir un dimensionnement ultra-rapide de la source monolithique obtenue, en optimisant la géométrie et la position des électrodes de contact. La collection de la lumière dans un guide par couplage évanescent donne lieu à de complexes interactions. Là encore, une modélisation à partir de la théorie des modes couplés a permis d'en comprendre les rouages, et d'en tirer profit. Le guide lui-même peut alors servir à favoriser une seule et unique longueur d'onde d'émission. Avec des éléments actifs situés à proximité de ces guides, on peut même obtenir une source ultra-compacte et modulable dont on contrôle la longueur d'onde d'émission par un élément extérieur au LASER. La dernière partie de cette thèse fournit des résultats expérimentaux, obtenus avec une chaine "pilote" sur des wafers 200 mm (CEA LETI) en se limitant à des procédés CMOS. On démontre donc la faisabilité des sources proposées dans les chapitres précédents ainsi que la possibilité de les intégrer un lien optique complet (source, routage et détection).

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Ceppe, Jean-Baptiste. "Éléments de dynamique du laser pour l'élaboration d'une source micro-onde miniaturisée sur la base de la double émission monomode d'un laser à mode de galerie." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S067/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèses portent sur l’étude de la dynamique du laser à mode de galerie dans le but de réaliser une source micro-onde en utilisant un laser à mode de galerie doublement monomode. Nous montrons ici les résultats expérimentaux sur le bruit relatif d’intensité (RIN) d’un laser à mode de galerie en verre ZBLALiP dopé aux ions Er3+. Outre l’aspect performances d’utilisation du laser, le spectre de RIN donne un certain nombre d’informations sur la dynamique du laser (temps de vie des photons, taux de pompage effectif, sources de bruit, ...).Les très forts facteur de qualités de ces résonateurs ainsi que leurs propriétés de confinement spatial amène un couplage non-linéaire etre les photons et les atomes du milieu amplificateur, faisant apparaitre dans le spectre de RIN des harmoniques de la fréquence de relaxation du laser. Le modèle harmonique développé permet d’estimer le volume de mode du mode de galerie en régime laser, quantité difficilement estimable dans ce régime d’émission. D’autre part, les mesures de RIN réalisées sur un verre industriel IOG-1 codopé Yb3+/Er3+ montrent la signature d’un couplage modal, induit par la diffusion Rayleigh, où les deux modes couplés fonctionnent au dessus du seuil laser. La dynamique de ce laser est également étudié et les comportements obtenus sont mis en parallèle avec les études réalisées sur le gyro-Laser à l’état solide
This thesis presents the studies of whispering gallery mode laser dynamics in order to realize a micro-wave source using simultaneous oscillations in a unique whispering gallery mode micro-laser. We show experimental results on the relative intensity noise (RIN) of a Whispering Gallery Mode Laser in ZBLALiP glass doped with Er3+ ions. Besides the pure laser specifications, the RIN spectrum gives informations about the dynamics inside the cavity, such as photon lifetime, effective pumping rate and noise sources. Moreover, we have shown that a single-mode emission comes with the presence of multiple harmonics of the relaxation frequency. The theoretical model taking account the non-linear coupling between photons and atoms allows us to determine the mode volume of the whispering gallery mode in laser regime, which is quite difficult to evaluate in this regime. On the other hand, we have studied the laser dynamics in an industrial IOG-1 glass codoped with Yb3+/Er3+ ions where the signature of a modal coupling, induced by Rayleigh scattering, lies in the RIN spectrum. In this particular case, the two coupled modes operate above threshold. The observed behavior is compared with thoses of a solid state gyro-laser

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Trebaol, Stephane. "Etudes expérimentales des propriétés dispersives de structures photoniques à base de micro-résonateurs pour la réalisation de fonctions optiques." Phd thesis, Université Rennes 1, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00550001.

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Abstract:

La caractérisation de résonateurs de facteurs de surtension très élevés (> 10^8) est difficilement réalisée à partir des méthodes expérimentales conventionnelles en régime stationnaire. Nous proposerons une méthode hybride spectrale/temporelle permettant la mesure du facteur de surtension global et la discrimination, de manière univoque, des facteurs Q_0 intrinsèque et Q_e extrinsèque du dispositif. Par cette simple mesure, nous déterminons le régime de couplage et les propriétés dispersives de micro-cavités. Dans un second temps, nous présenterons différentes architectures à base de cavités couplées actives donnant accès un à degré de liberté supplémentaire quant au contrôle de la dispersion. Nous étudierons successivement le phénomène de transparence induite pour la réalisation d'états de lumière lente puis la dispersion induite dans le cas de deux et trois cavités. Dans ce dernier cas, la modulation des pertes intrinsèques mène à un contrôle actif du facteur de qualité de la structure. La démonstration expérimentale de ce principe montre la possibilité d'ingénierie du facteur Q par l'utilisation de structures photoniques artificielles actives.

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Ben, Messaoud Tahar. "Effet laser en microcavités symétriques et asymétriques à base de polymère luminescent." Cachan, Ecole normale supérieure, 2003. http://www.theses.fr/2003DENS0039.

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Trebaol, Stéphane. "Études expérimentales des propriétés dispersives de structures photoniques à base de micro-résonateurs pour la réalisation de fonctions optiques." Rennes 1, 2010. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00550001.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude expérimentale et théorique des propriétés dispersives de structures photoniques à base de micro‐résonateurs. La caractérisation de la fonction de transfert de résonateurs de facteurs de surtension très élevés (> 108) est difficilement réalisée à partir des méthodes expérimentales conventionnelles en régime stationnaire. Nous proposons une méthode hybride spectrale/temporelle associée à un modèle analytique permettant la mesure du facteur de surtension global et la discrimination, de manière univoque, des facteurs Q0 intrinsèque (résonateur) et Qe extrinsèque (coupleur) du dispositif. Par cette simple mesure, nous déterminons le régime de couplage et les propriétés dispersives du système sous test. Cette méthode est appliquée avec succès sur des résonateurs à fibre, des micro‐disques MgF2 et des microsphères passives et actives. Dans les résonateurs micro‐sphériques à modes de galerie (haut facteur de qualité et grande finesse : F>105) nous avons notamment étudié leur capacité à réaliser un filtre amplificateur de haute sélectivité(gain supérieur à 20 dB à 1,55 μm et de largeur spectrale de 115 kHz) ainsi que la levée de dégénérescence entre les modes contra‐propagatifs de la cavité. Ce dernier effet induit par la diffusion Rayleigh se manifeste par un doublet de résonances dont l’écart en fréquence est une signature de l'efficacité de la rétrodiffusion. Parallèlement, nous proposons différentes architectures à base de cavités couplées dans le but de contrôler la dispersion dans ces systèmes. Nous avons étudié la transparence induite par couplage de résonateurs dans des structures dites CRIT (équivalent classique de l’EIT) pour la réalisation d’états de lumière lente. Les limites imposées par les pertes intrinsèques des résonateurs peuvent être contournées par l’utilisation de résonateurs actifs. Le paramètre supplémentaire lié au caractère actif des résonateurs offre un potentiel d'application en tant que ligne à retard ajustable tout en conservant une transparence du système d’environ 90% et permet une mise en forme (un contrôle) des différents ordres de dispersion du dispositif. Nous démontrons également l’augmentation du facteur de qualité par la dispersion induite par couplage de résonateurs actifs. Ainsi, dans le cas N = 2, nous utilisons un résonateur pour augmenter artificiellement le chemin optique d’un second jouant le rôle de cavité cible. Expérimentalement, nous avons obtenu une augmentation du facteur de qualité d’un coefficient 23. Dans le cas N = 3, l’insertion d’un CRIT actif dans un résonateur sous couplage critique montre que le facteur Q de ce résonateur peut être augmenté et modulé par le gain dans les résonateurs actifs. Dans le test expérimental effectué sur un système modèle à boucles de fibres optiques dopées Er3+, le facteur Q passe de 4×107 à 2,5×108. La démonstration expérimentale de ce principe montre la possibilité d’ingénierie du facteur Q par l'utilisation de structures photoniques artificielles actives.

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Serge, Grop, Pierre-Yves Bourgeois, Vincent Giordano, and Yann Kersalé. "Elisa, une référence de fréquence ultrastable pour l'Agence Spatiale Européenne." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00563658.

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Abstract:

Elisa est un oscillateur saphir cryogénique (CSO) dont la vocation est d'équiper la nouvelle station sol de l'ESA. Les performances requises sont une stabilité de fréquence σy (τ) ≤ 3 × 10−15 pour τ ∈ [1 − 1000 s] et un bruit de phase Sφ (1 Hz) = −93 dB.rad2 /Hz pour une autonomie de 2 ans. Cette référence de fréquence doit également possèder des sorties aux fréquences de 10 GHz, 100 MHz et 5 MHz pilotées par le CSO. Elisa intègre dans une boucle d'entretien un résonateur saphir (Al2 O3 ) excité sur des modes de galeries (WG) et refroidi à 4,2 K dans un cryogénérateur. A cette température, le facteur de qualité à vide peut atteindre 1 × 109 . Le mode opérationnel W GH15,0,0 a été choisi par rapport à notre savoir-faire et à la littérature. Sa fréquence de résonance a été fixée à 10GHz - D où D est un “intervalle de confiance” égal à 10 MHz. La fréquence de 10 GHz est suffisament éloignée des fréquences de transition des ions paramagnétiques présents dans le cristal de saphir et l'écart de fréquence D permet de faire face aux tolérances d'usinage. D peut être compensé par l'intermédiaire d'un “Direct Digital Synthesizer” intégré dans le chaîne de synthèse pour atteindre 10 GHz. Les dimensions du cylindre de saphir ont été calculées par la méthode des éléments finis. Après avoir validé les caractéristiques du résonateur, différentes méthodes de couplage ont été expérimentées dans le but d'atteindre une sélection modale performante. Tous les éléments nécessaire à la construction d'Elisa sont analysés en détails. Une méthode originale de mesure de bruit d'amplitude de détecteurs quadratiques, l'étude d'électroniques faibles bruits, le principe d'une chaîne de synthèse sur base d'un DDS et la description de deux technologies cryogéniques sont présentées. Pour ces dernières, nous avons focalisé notre étude sur un modèle de cryogénérateur à faible vibration mécanique. Les performances démontrées par Elisa satisfont le cahier des charges de l'ESA. Une stabilité de fréquence inférieure à 3 × 10−15 a été mesurée pour τ ∈ [1 − 1000 s]. Elle atteint 1, 4 × 10−15 à τ = 20 s. La mesure de bruit de phase montre Sφ (1 Hz) = −98 dB.rad2 /Hz. La chaîne de synthèse permet le tranfert des performances du CSO aux fréquences de 10 GHz et 100 MHz. La stabilité journalière de 4, 5 × 10−15 place Elisa à l'état-de-l'art.

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Bazin, Maela. "Contrôle de l’émission spontanée de boîtes quantiques semiconductrices insérées dans des micro-structures à confinement optique originales." Grenoble, 2010. https://theses.hal.science/tel-00592414v1.

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Abstract:

Ce travail de thèse aborde le contrôle de l'émission spontanée d'émetteurs, ici des boîtes quantiques d'InAs, confinées via des microstructures originales: des fils photoniques GaAs et des micropiliers à miroirs de Bragg GaAs/AlAs. Ainsi, nous présentons une source de photons uniques de très haute efficacité à fil photonique. Les mesures de corrélation réalisées sur une boîte quantique unique insérée dans un fil photonique a permis de montrer la génération très propre et large bande de photons uniques. C'est l'optimisation de cette géométrie incluant un miroir original au pied du fil et la présence d'une pointe de forme conique à son extrémité, qui a permis d'obtenir une efficacité record de 70%. De plus, l'étude systématique de temps de vie de boîtes quantiques uniques montre la possibilité d'observer avec cette géométrie une forte inhibition de l'émission dans les modes non-guidés. La dernière partie de ce manuscrit met en évidence l'effet laser dans des micropiliers à modes de galerie. Ces modes de galerie présentent un comportement relativement stable en longueurs d'ondes ainsi qu'un affinement spectral se maintenant jusqu'à sept fois le seuil laser. Ce résultat confirme une meilleure stabilité thermique des micropiliers par rapport à la géométrie habituellement utilisée pour observer les modes de galerie: les microdisques
This study deals with the control of spontaneous emission, InAs quantum dot emitters, confined via original microstructures: GaAs photonic wires and micropillars with GaAs/AlAs Bragg mirrors. We present a higly efficient single-photon source based on a photonic wire. Correlation mesurements performed on a single quantum dot inserted in a photonic wire led to a pure and high broadband single-photon generation. The optimization of this geometry including an original mirror at the wire bottom and a taper at its top demonstrated a record efficiency of 70%. In addition, the systematic lifetime study of single quantum dots underlined the ability to observe a high inhibition of spontaneous emission in the leaky modes with this geometry. In the last part of this PhD Thesis, we show the laser effect in whispering gallery mode micropillars. Those modes have an almost stable behaviour in terms of wavelengh and a spectral narrowing maintained up to power corresponding to 7 times the laser threshold. This result confirms a better thermal stability of micropillars compared to microdisks, a geometry usually used to observe the whispering gallery modes

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Lin, Guoping. "Fabrication et caractérisation de microcavités fonctionnalisées par des nanocristaux d'oxydes de terres rares : réalisation d'un microlaser monomode à très faible seuil." Phd thesis, Ecole Normale Supérieure de Paris - ENS Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00517544.

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Abstract:

Les cavités de silice, comme les microsphères ou les microtores intégrés sur puce, définissent des modes de galerie, de facteur de qualité extrêmement élevé et de faible volume modal. Elles ont suscité un fort intérêt depuis deux décennies et trouvent des applications pour la QED en cavité, les microlasers, ou les senseurs de biomolécules. Cette thèse décrit la réalisation d'un microlaser à seuil ultra-bas fondé sur des nanocristaux de Nd3+:Gd2O3 (NCs), qui sont incorporés à la surface de la cavité. Nous démontrons une nouvelle méthode de cartographie de la distribution du champ électromagnétique, fondée sur le coupleur à fibre étirée (taper) utilisé pour l'excitation en onde évanescente. Cela fournit un moyen commode pour localiser et exciter sélectivement des modes de faible volume.De plus, nous démontrons une technique de mesure en temps réel de la caractéristique laser, qui utilise la bistabilité thermique des microcavités et permet une optimisation rapide et efficace des conditions de couplage taper-cavité. Un fonctionnement laser monomode à 1088 nm est obtenu pour une microsphere de 40 µm de diamètre, comprenant des Nd3+:Gd2O3 NCs pompés à 802 nm, avec un seuil de 65 nW. Le plus bas seuil observé, de 40 nW, est à notre connaissance le seuil le plus faible jamais obtenu pour des terres rares. Le facteur de qualité de ces cavités actives atteint 10^8 à la longueur d'onde d'émission, favorisant l'obtention un microlaser dont le spectre est extrêmement fin. Enfin, sur un microtore formé de silice dopée par implantation ionique, nous avons obtenu un laser monomode à 909 nm avec un seuil de 210 nW.

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Courvoisier, François. "Spectroscopie ultra-brève de particules d'aérosols et microcavités." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00082047.

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Abstract:

Nous avons mis au point une nouvelle technique optique de détection en temps réel des bioaérosols parmi un ensemble d'aérosols de fond, dont en particulier les suies de combustion. Cette technique repose sur l'excitation ultra-brève multi-impulsionnelle des fluorophores intrisèques des bioaérosols. Des signatures spécifiques aux bactéries et aux hydrocarbures ont ainsi été mises en évidence, alors que les spectres de fluorescence de ces espèces sont indiscernables.

La spectroscopie pompe-sonde a aussi été mise en oeuvre pour sonder la dynamique de propagation d'une impulsion femtoseconde dans une microcavité 2D de forme spirale. Nous avons réalisé un dispositif d'imagerie de corrélation afin de suivre, avec une résolution temporelle, la propagation d'un paquet d'onde laser. Des simulations FDTD ont permis d'interpréter les observations et de mettre en évidence un processus original de couplage de sortie, impliquant la réflexion de l'onde évanescente sur la discontinuité de la spirale.

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Bazin, Maela. "Contrôle de l'émission spontanée de boîtes quantiques semiconductrices insérées dans des micro-structures à confinement optique originales." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00592414.

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Abstract:

Ce travail de thèse aborde le contrôle de l'émission spontanée d'émetteurs, ici des boîtes quantiques d'InAs, confinées via des microstructures originales: des fils photoniques GaAs et des micropiliers à miroirs de Bragg GaAs/AlAs. Ainsi, nous présentons une source de photons uniques de très haute efficacité à fil photonique. Les mesures de corrélation réalisées sur une boîte quantique unique insérée dans un fil photonique a permis de montrer la génération très propre et large bande de photons uniques. C'est l'optimisation de cette géométrie incluant un miroir original au pied du fil et la présence d'une pointe de forme conique à son extrémité, qui a permis d'obtenir une efficacité record de 70%. De plus, l'étude systématique de temps de vie de boîtes quantiques uniques montre la possibilité d'observer avec cette géométrie une forte inhibition de l'émission dans les modes non-guidés. La dernière partie de ce manuscrit met en évidence l'effet laser dans des micropiliers à modes de galerie. Ces modes de galerie présentent un comportement relativement stable en longueurs d'ondes ainsi qu'un affinement spectral se maintenant jusqu'à sept fois le seuil laser. Ce résultat confirme une meilleure stabilité thermique des micropiliers par rapport à la géométrie habituellement utilisée pour observer les modes de galerie: les microdisques.

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Hallil, Hamida. "Conception et réalisation d'un nouveau capteur de gaz passif communicant à transduction RF." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1028/1/Hallil_Hamida.pdf.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est de montrer la faisabilité d'un nouveau capteur de gaz a transduction RF, passif et sans fil. Ce nouveau capteur est composé de deux lignes coplanaires sur membrane et d'un résonateur diélectrique (RD). L'association de ces deux éléments permet de réaliser un filtre que nous excitons par une onde électromagnétique hyperfréquence en modes de galerie. Grâce à l'effet de " Relaxation Diélectrique ", nous pouvons détecter une variation de l'ambiance gazeuse par un décalage d'une fréquence de résonance du filtre. Les résultats de simulations électromagnétiques ont montré que la détermination de la fréquence de résonance d'un des modes de galerie permettait de détecter facilement la présence de gaz avec une grande sensibilité. Le développement de ce circuit simulé a été réalisé en deux étapes : la fabrication des lignes coplanaires sur membrane et l'élaboration du résonateur diélectrique à base d'un matériau sensible aux gaz. La réalisation d'un RD en TiO2 a été abordée en collaboration avec le CIRIMAT en utilisant la technique SPS (une voie prometteuse mais non encore maitrisée pour nos structures). Compte tenu des difficultés rencontrées, nous avons validé le concept du capteur en utilisant un résonateur en céramique (BaSmTiOxide) réalisé par Temex-Ceramics. L'assemblage des deux parties du capteur a permis d'obtenir les premiers dispositifs et de les caractériser sous différentes ambiances. Les résultats obtenus coïncident bien avec ceux de simulation ce qui valide le principe et la conception de ce nouveau capteur. Enfin, une dernière partie de l'étude est focalisée sur la communication sans fil de ce capteur passif à l'aide d'un RADAR FMCW
In this work, feasibility of gas sensors based on Titanium Dioxide (TiO2) dielectric resonator, operating with whispering-gallery modes, is presented. The gas or humidity adsorption modifies the TiO2 dielectric permittivity and such modification induces variation in the resonant frequencies of high-Q whispering-gallery modes in the millimeter-wave frequency range. Full-wave electromagnetic simulation demonstrates that the measurement of this variation allows the derivation of few parts-per-million (ppm) fluctuations in gas or humidity concentration. For validation purposes very first prototypes of resonator operating with whispering-gallery modes in the millimeter-wave frequency range are micro-machined. The measured performances confirm that such high-Q resonant modes are very sensitive to small variations in dielectric resonator permittivity. Moreover we validate experimentally that these small variations can be remotely detected from the RADAR interrogation of an antenna loaded by the whispering-gallery modes resonator

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Merrer, Pierre-Henri. "Elaboration de sources hyperfréquences à haute pureté spectrale à base de résonateurs optiques." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/516/.

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Abstract:

La réalisation d'une source hyperfréquence à très haute pureté spectrale à base de résonateurs optiques représente un véritable enjeu. C'est dans cette approche que s'inscrivent les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit. L'oscillateur électro-optique a été développé à la fin des années 90 et a conduit à d'excellents résultats en termes de bruit de phase. Les dispositifs actuels utilisent une ligne à retard réalisée par une fibre optique. Les faibles pertes dans la ligne autorisent un retard important de l'onde optique modulée, équivalent dans le domaine hyperfréquence à un résonateur de coefficient de qualité de l'ordre de 106. Cependant, plusieurs problèmes se posent. Un des problèmes est celui des dimensions du système, et du contrôle de la stabilité en température de l'ensemble du dispositif. Il n'existe pas de solution simple, et la seule solution consiste à remplacer la ligne à retard fibrée par un résonateur optique à très fort coefficient de qualité. Plusieurs types de ces résonateurs optiques ont été étudiés : micro- ou mini-sphère de silice, et mini-disque monocristallin de Quartz. L'étude de ces résonateurs dédiés à la réalisation d'une source hyperfréquence à très haute pureté spectrale constitue par conséquent la problématique essentielle de ce travail de thèse. Pour effectuer une telle analyse, un protocole de mesure des différents types de résonateurs optiques dont nous disposions a été mis en place. Un nouveau type de résonateur a également été proposé pour ces applications : l'anneau fibré. Finalement, un premier oscillateur micro-onde à résonateur optique a été réalisé et caractérisé
Investigations towards a resonator featuring a high quality factor in a reduced volume are a very important and interesting problem in the microwave field. The microwave resonators used for high spectral purity microwave sources are reaching their limits when the goal is to get simultaneously high performance in terms of phase noise, small size and high frequency operation. Therefore, an original approach is to transpose the microwave wavelength in the optical field. This is the case, as an example, of microwave oscillators using as a frequency reference element an optical delay line in place of the conventional microwave resonator. However, these oscillators require a large volume, and are difficult to stabilize versus the temperature fluctuations. The aim of this study is thus to replace the optical fiber by an optical resonator, and to realize an high spectral purity microwave source referenced on this resonator. A characterization bench has been set up with nanometre scale precision 3D displacement stages to hold the coupling of the resonator (SiO2 mini-sphere, or monocrystalline disk). An optical Q factor of 4. 109 has been demonstrated on a quartz minidisk. However, it is difficult to get an efficient and stable resonator coupling, because of the mode shift with temperature when the light is induced in the resonator. Two techniques have been studied to solve these problems and are presented in this manuscript. .

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Ghisa, Laura. "Couplage de micro résonateurs. Applications aux fonctions optiques de traitement du signal." Phd thesis, Université Rennes 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00383746.

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Abstract:

Nous présentons dans ce mémoire de thèse des travaux qui portent sur l'étude de micro résonateurs à modes de galerie et en anneau couplés dans le but d'applications aux fonctions optiques de traitement du signal.
Dans une première partie nous présentons un modèle matriciel pour décrire la propagation de la lumière dans des structures à anneaux couplés. L'utilisation de ce modèle se résume pour des structures dont on connaît les coefficients de couplage entre les guides.
Dans le cas de résonateurs constitués d'un milieu qui ne présente pas d'effets non-linéaires nous avons montré que les structures à anneaux couples permettent de réaliser la synthèse de filtres optiques.
Si les résonateurs sont le siège d'une non linéarité dispersive d'ordre 3 nous avons deux cas possibles en fonction du type d'excitation. Hors résonance nous avons montré que nous pouvons obtenir potentiellement des dispositifs /N+1/ stables en utilisant un système formé de /N/ anneaux couplés, ainsi que la tristabilité dans un seul anneau en utilisant un signal de commande. A résonance nous avons montré que l'on peut obtenir la fonction de remise en forme du signal pour des débits de 40 Gb/s.
La deuxième partie porte sur les travaux réalisés sur l'oscillateur optoélectronique. Dans le schéma classique d'un tel oscillateur la fonction de retard optique est obtenue en utilisant une ligne à fibre optique de longueur proportionnelle au retard nécessaire. Nous voulons remplacer cette ligne avec une ligne à retard à base de microrésonateurs. Nous présentons des procédés de fabrication de résonateurs sphériques et diverses méthodes de mesure de leurs facteurs de qualité, proportionnel au retard induit.

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Hallil, Hamida. "Conception et réalisation dun nouveau capteur de gaz passif communicant à transduction RF." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00546243.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est de montrer la faisabilité d'un nouveau capteur de gaz a transduction RF, passif et sans fil. Ce nouveau capteur est composé de deux lignes coplanaires sur membrane et d'un résonateur diélectrique (RD). L'association de ces deux éléments permet de réaliser un filtre que nous excitons par une onde électromagnétique hyperfréquence en modes de galerie. Grâce à l'effet de " Relaxation Diélectrique ", nous pouvons détecter une variation de l'ambiance gazeuse par un décalage d'une fréquence de résonance du filtre. Les résultats de simulations électromagnétiques ont montré que la détermination de la fréquence de résonance d'un des modes de galerie permettait de détecter facilement la présence de gaz avec une grande sensibilité. Le développement de ce circuit simulé a été réalisé en deux étapes : la fabrication des lignes coplanaires sur membrane et l'élaboration du résonateur diélectrique à base d'un matériau sensible aux gaz. La réalisation d'un RD en TiO2 a été abordée en collaboration avec le CIRIMAT en utilisant la technique SPS (une voie prometteuse mais non encore maitrisée pour nos structures). Compte tenu des difficultés rencontrées, nous avons validé le concept du capteur en utilisant un résonateur en céramique (BaSmTiOxide) réalisé par Temex-Ceramics. L'assemblage des deux parties du capteur a permis d'obtenir les premiers dispositifs et de les caractériser sous différentes ambiances. Les résultats obtenus coïncident bien avec ceux de simulation ce qui valide le principe et la conception de ce nouveau capteur. Enfin, une dernière partie de l'étude est focalisée sur la communication sans fil de ce capteur passif à l'aide d'un RADAR FMCW.

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Merrer, Pierre-Henri. "Elaboration de sources hyperfréquences à haute pureté spectrale à base de résonnateurs optiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00450581.

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Abstract:

La réalisation d'une source hyperfréquence à très haute pureté spectrale à base de résonateurs optiques représente un véritable enjeu. C'est dans cette approche que s'inscrivent les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit. L'oscillateur électro-optique a été développé à la fin des années 90 et a conduit à d'excellents résultats en termes de bruit de phase. Les dispositifs actuels utilisent une ligne à retard réalisée par une fibre optique. Les faibles pertes dans la ligne autorisent un retard important de l'onde optique modulée, équivalent dans le domaine hyperfréquence à un résonateur de coefficient de qualité de l'ordre de 106. Cependant, plusieurs problèmes se posent. Un des problèmes est celui des dimensions du système, et du contrôle de la stabilité en température de l'ensemble du dispositif. Il n'existe pas de solution simple, et la seule solution consiste à remplacer la ligne à retard fibrée par un résonateur optique à très fort coefficient de qualité. Plusieurs types de ces résonateurs optiques ont été étudiés : micro- ou mini-sphère de silice, et mini-disque monocristallin de Quartz. L'étude de ces résonateurs dédiés à la réalisation d'une source hyperfréquence à très haute pureté spectrale constitue par conséquent la problématique essentielle de ce travail de thèse. Pour effectuer une telle analyse, un protocole de mesure du facteur de qualité des différents types de résonateurs optiques dont nous disposions a été mis en place. Un nouveau type de résonateur a également été proposé pour ces applications : l'anneau fibré. Finalement, un premier oscillateur micro-onde à résonateur optique a été réalisé et caractérisé.

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Balakireva, Irina. "Nonlinear dynamics of Kerr optical frequency combs." Thesis, Besançon, 2015. http://www.theses.fr/2015BESA2043.

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Abstract:

La présente thèse est consacrée à l’étude des peignes optiques de Kerr dans les résonateurs àmodes de galerie, au sein desquels la lumière peut être excitée par pompage externe. L’effet Kerrexistant dans ces résonateurs engendre des modes latéraux équidistants (dans le domaine spectral)de part et d’autre du mode excité, c’est à dire un peigne de fréquence. Cette thèse est diviséeen trois chapitres. Le premier est dédié à l’introduction de la génération de ces peignes et leurapplications. Le deuxième chapitre présente l’analyse de l’équation de Lugiato-Lefever, décrivantde manière analytique le système, et conduit à la construction de deux diagrammes de bifurcationpour les dispersions normale et anomale. Ils sont tracés en fonction des deux seuls paramètresexpérimentalement contrôlables une fois le résonateur fabriqué : la puissance du laser et sondécalage de fréquence. Ces diagrammes indiquent les plages de paramètres pour lesquels une,deux, ou trois solutions existent ainsi que leur stabilité. Les simulations numériques renseignentle type exact de solution associée à chaque aire (notamment les solitons brillants et sombres, lesbreathers, les peignes optiques de Kerr de premier et deuxième ordre, et un régime chaotique) ; cesdiagrammes indiquent donc les paramètres du laser à choisir afin de générer la solution souhaitée.Le troisième chapitre est dédié aux peignes de Kerr optique secondaires, lignes additionnelles dansle domaine spectral générées entre les lignes du peigne principal. Ils apparaissent en dispersionanormale, lorsque la quantité de photon pompe excède un seuil dit de second ordre, qui a étédéterminé numériquement
This thesis is dedicated to the study of the Kerr optical frequency combs in whispering gallery moderesonators, where the light can be excited by the extern pump. Due to the Kerr effect existing in theseresonators, the quasi-equidistant lines in the spectral domain are generated around the excited mode,that is the frequency comb. This thesis is devided in three chapters. The first one is dedicated to theintroduction of the Kerr comb generation and their applications.The second one presents the analysisof the Lugiato-Lefever equation used for the analytical study of the system, leading to the constructionof two bifurcation diagrams for the normal and anomalous dispersions. They are plotted for twoparameters, which can be controlled during experiments once the resonator has been fabricated,which are the pump power of the laser and its frequency detuning. These diagrams show the areas ofthe parameters for which one, two, or three solutions exist and their stability. The additional numericalsimulations show the exact type of the solution in each area (such as the bright and dark solitons,the breathers, the primary and secondary Kerr combs and chaotical regimes), finally these diagramsshow the parameters of the laser needed to be choosen for the generation of the desired solution.The third chapter is dedicated to the secondary Kerr combs, which are the additional lines generatedbetween the lines of the primary comb. They appear in the anomalous dispersion regime, when thequantity of the pump photons crosses the second-order threshold, which has been found numerically

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Phan, Huy Kien. "ETUDE DE MICRO-STRUCTURES UTILISANT LE GUIDAGE REFRACTIF A FORT CONFINEMENT DE LA LUMIERE." Phd thesis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00425104.

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Abstract:

Les modes de galerie découverts par Lord Rayleigh en 1910 trouvent aujourd'hui des applications en optique intégrée sur silicium. Des cavités aux résonances extrêmes ont pu être intégrées sur silicium sur isolant (SOI) ou sur semi-conducteurs III-V. Ces composants permettent de réaliser des fonctions passives et actives pour la microélectronique, les télécommunications ou l'électrodynamique quantique en cavité. Avec ces nouvelles applications, de nouveaux composants faisant interagir le mode de galerie avec des éléments extérieurs comme un réseau de Bragg ou des guides optiques sont apparus. Les méthodes de modélisation de l'optique intégrée étant peu adaptées pour simuler ces cavités aux géométries particulières, nous avons développé deux modèles pour d´écrire ce type d'interaction. Le premier, basé sur le formalisme de Floquet-Bloch, permet de d'écrire des modes de galerie fortement perturbés par une modification géométrique de la cavité. Le second, basé sur une méthode de perturbation, permet de d´écrire des interactions de faible amplitude avec des objets extérieurs comme des guides optiques. Ces résultats ont été validés par une comparaison avec la méthode des différences finies en domaine temporel. Nos modèles ont ensuite été comparés aux réalisations expérimentales de fonctions passives sur SOI (filtres et démultiplexeurs) fabriquées au CEA-LETI, et de fonctions actives (Phosphure d'Indium et silice dopée Erbium) réalisées au LEOM ou au DRFMC. Nous avons ainsi pu caractériser des composants ayant des facteurs de qualité de 90 000.

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Dissertations / Theses on the topic 'Modes de galerie (WGM)'

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