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Dissertations / Theses on the topic 'Photonique – Optique'
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Begue, Aurélien. "Optogénétique bi-photonique." Thesis, Paris 5, 2012. http://www.theses.fr/2012PA05T060.
Full textAbstract:
En complément aux méthodes traditionnelles d’observation et de stimulation en neuroscience, l’optogénétique, combinant l’expression ciblée de protéines photosensibles dans les neurones et l’utilisation de nouvelles techniques de microscopies, a connu un essor important ces dernières années. Ce nouveau procédé permet d’enregistrer de manière non invasive les signaux fonctionnels de circuits intacts tels que les changements de potentiel de membrane ou de concentration intracellulaire de calcium mais également de moduler l’excitabilité des neurones. Pour illuminer ces protéines photosensibles, de nouvelles méthodes de microscopie ont été développées. En particulier, afin d’obtenir une résolution spatiale optimale au sein d’un tissu biologique, il devient nécessaire d’utiliser l’illumination bi-photonique et d’utiliser des techniques permettant la mise en forme du faisceau lumineux pour s’adapter à la morphologie des circuits ou même des neurones étudiés.Au cours de ma thèse, j’ai développé une combinaison de méthodes optiques (associant le contraste de phase généralisé avec la focalisation temporelle) afin d’activer le canal cationique channelrhodopsin-2 en excitation bi-photonique. Ce travail a démontré, pour la première fois, l’activation simultanée de potentiels d’action dans plusieurs cellules tout en conservant une résolution axiale à l’échelle cellulaire (~10 μm).La mise en forme du faisceau lumineux semble très avantageuse pour améliorer la spécificité de l’activation. Il restait à démontrer que les faisceaux ainsi modulés conservaient leur intégrité spatiale en se propageant à l’intérieur de tissus biologiques diffusants. J’ai donc étudié la propagation de faisceaux lasers modulés par les techniques du contraste de phase généralisé et de l’holographie numérique en combinaison avec la focalisation temporelle. L’utilisation de la focalisation temporelle permet aux volumes d’excitation de rester confinés sur l’axe de propagation comme observé précédemment, mais aussi de reconstruire un profil d’excitation en profondeur dans le tissu, qui correspond au profile généré sans milieu diffusant. Cet effet est plus important pour le contraste de phase généralisé que pour l’holographie numérique et se dégrade en fonction de la profondeur à laquelle l’activation a lieu. J’ai démontré pour la première fois, l’activation en profondeur (> 200 μm) de neurones grâces à ces méthodes.Enfin, j’ai testé les mêmes techniques d’illumination sur d’autres protéines photosensibles, telles que la C1V1 et l’halorhodopsin. Après avoir établi les spectres d’activation afin de trouver la longueur d’onde optimale pour l’activation bi-photonique, j’ai exprimé ces protéines dans des tranches de cerveaux. Les deux protéines requièrent une activation à 1040 nm à la limite du laser Ti:Sapphire utilisé dans de nombreux laboratoires biologiques. La C1V1 a généré des courants similaires à la ChR2 en terme d’amplitude tout en conservant la lente cinétique de fermeture caractéristique de ce canal. L’halorhodopsin, quant à elle, reste difficile à activer avec de faibles courants et ne permet pas une inhibition sélective de trains de potentiels d’action. Ce problème est probablement dû à un faible taux d’expression observé dans les neurones étudiés et serait peut-être résolu en changeant de construction viraleOptogenetics relies on the genetically targeted expression of light sensitive proteins in specific cell populations. This novel field has had a large impact in neuroscience, allowing both monitoring and stimulating the activity of specific neuronal populations, in intact brain preparations. Optogenetic tools have been used to record functional signals, such as changes in membrane potential or intracellular calcium concentration, as well as to modulate the excitability of neurons. To fully exploit the potentiality of optogenetics, new microscopy techniques have been developed to optimize illumination of photo-active compounds in situ. In particular, an important effort has been directed towards improving the spatial and temporal resolution of light stimulation, in order to match the dynamics of physiological processes. In this frame, the use of two-photon excitation becomes necessary to ensure penetration of light in scattering biological tissues, as well as confining the excitation volume and improve the specificity of illumination. My thesis was dedicated to the development and use of advanced optical methods for two-photon excitation of optogenetic tools. In a first project, we combined optical approaches (generalized phase contrast and temporal focusing) to perform two-photon activation of neurons expressing the light-sensitive cationic channel channelrhodopsin-2 (ChR2). Our work demonstrated for the first time the simultaneous generation of action potentials in multiple neurons, while maintaining a micrometric axial and lateral resolution. These results pointed out the advantages of light sculpting to increase both the specificity and the flexibility of photo-stimulation.In order to investigate the potential of this technique for efficient in-depth stimulation, we therefore studied the propagation through scattering biological media of laser beams generated by two different light patterning techniques, generalized phase contrast and digital holography in combination with temporal focusing. We demonstrated that temporal focusing enabled the excitation volumes to maintain micrometric axial confinement, as well as to maintain well defined patterns deep inside tissues. We also demonstrated for the first time the activation of ChR2 at depth over 200 μm.Finally, the last part of my PhD was focused on testing light patterning methods for the activation of two other photosensitive proteins, the excitatory channel C1V1 and the inhibitory pump, halorhodopsin
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Caër, Charles. "Cristaux photoniques à fente : vers une photonique silicium hybride à exaltation localisée du champ électromagnétique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00954411.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse apportent une contribution théorique et expérimentale aux études portant sur les cristaux photoniques planaires à fente pour l'exaltation locale du champ électromagnétique. Nous avons étudié la propagation de lumière lente dans des cristaux photoniques à fente en réalisant une ingénierie de dispersion et le confinement de la lumière dans des micro-cavités à fente structurée. Nous avons pour cela effectué des calculs 3D pour optimiser les propriétés de dispersion des cristaux photoniques en structurant la fente elle-même. Cette optimisation a permis d'observer un renforcement de la localisation du champ électromagnétique dans la fente en vue d'un remplissage par des matériaux fortement non linéaires. Nous avons développé un procédé de fabrication pour les cristaux photoniques dans des structures en silicium sur isolant basé sur la lithographie électronique et la gravure plasma. Le régime de lumière lente a été caractérisé expérimentalement et nous a permis de valider la méthode d'optimisation choisie. Des facteurs de ralentissement supérieurs à 10 ont été mesurés dans des dispositifs allant jusqu'à 1 mm de long. Des micro-cavités à fente avec des facteurs de qualité supérieurs à 20000 sur substrat SOI ont été réalisées. Nous avons effectué des mesures d'optique non linéaire dans des guides à cristaux photoniques à fente et avons montré que les effets non linéaires du silicium sont réduits malgré l'exaltation du champ électromagnétique comparés à ceux présents dans des guides à cristaux photoniques standards. Nous avons enfin étudié les pertes le désordre dans ce type de structure par mesures de réflectométrie optique à faible cohérence.
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Vergyris, Panagiotis. "Vers les technologies quantiques basées sur l’intrication photonique." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017AZUR4142/document.
Full textAbstract:
Le but de cette thèse est de développer des sources d’intrication photonique en vue d'applications en sciences information quantique. Dans ce contexte, nous présentons une source très performante et entièrement guidée permettant, au moyen d'une boucle de Sagnac, la génération d'états hyper-intriqués en polarisation et en énergie-temps. La configuration guidée rend le dispositif versatile, efficace et compatible avec une large bande spectrale, répondant ainsi au besoin des systèmes et réseaux de communication fibrés. À cette fin, nous avons distribué simultanément dans différents canaux télécoms des paires de photons hyper-intriqués au moyen de multiplexeurs en longueur d'onde à 5 canaux (DWDM), augmentant de fait le débit. La qualité de l'intrication est validée par la violation d'une inégalité de Bell étendue à un espace de Hilbert à 16 dimensions. Afin de pouvoir interfacer des photons aux longueurs d'ondes des télécommunications avec les bandes d'absorption des mémoires quantiques situées dans le visible, nous avons également développé une interface cohérente en longueur d'ondes. Un nouveau dispositif de métrologie quantique permettant la mesure avec une précision inégalée des effets de la dispersion chromatique dans les fibres optiques standards est également proposé. Notre approche "quantique" améliore la précision par un facteur 2.6 par rapport aux méthodes de mesures conventionnelles. Dans ce même contexte, nous avons aussi implémenté un nouveau protocole de métrologie de la phase de deux photons en ne détectant uniquement qu'un seul photon. Cette réalisation ouvre la voie à des applications potentielles simples s'appuyant sur peu de ressources au niveau de la détection. Finalement, dans la perspective de la miniaturisation de dispositifs quantiques, nous avons démontré un générateur d'intrication annoncée intégré sur puce qui trouve des applications en calcul et métrologie quantiqueThe aim of this thesis was to develop photonic entanglement sources and study their implementation in the general field of quantum information technologies. To this end, a novel fully wave-guided, high performance photonic entanglement source is presented, able to generate hyper-entangled states in the observables of polarization and energy-time by means of a nonlinear Sagnac loop. The waveguide-based design makes it flexible, reliable, and adaptable to a wide spectral range, paving the way towards compact photonic entanglement generators, compatible with fiber-based communication systems and networks. This has been underlined by generating and distributing hyperentanglement in 5x2 dense wavelength division multiplexed channel telecom pairs, simultaneously, towards higher bit rates. The quality of the generated entanglement has been qualified by violating the Bell inequalities in a 16-dimension Hilbert space. Moreover, to adapt the wavelength of the entangled telecom photon pairs to the absorption wavelength of current quantum memory systems, a coherent wavelength converter is demonstrated. Furthermore, within the framework of quantum metrology, a new concept for a high-precision chromatic dispersion (CD) measurement in standard single mode fibers is introduced and demonstrated. In this demonstration, due to conceptual advantages enabled by quantum optics, an unprecedented 2.6 times higher accuracy on CD measurements is shown, compared to state-of-the-art techniques. In the same context, a new protocol for measuring two-photon phase shifts is performed using single photon detection only, promising scalable and potential real device applications with limited resources and simplified detection schemes. Finally, any potential application of quantum optics will be realized using small-scale devices. In this framework, an integrated on-chip heralded path entanglement generator is demonstrated, and shown to be adaptable to logic gate operations
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Hamel, Philippe. "Réflectométrie optique faiblement cohérente sensible à la phase : principe et application à l'étude de composants optiques innovants." Paris, ENST, 2009. http://www.theses.fr/2009ENST0055.
Full textAbstract:
Cette thèse présente une utilisation de la réflectométrie optique à faible cohérence (OLCR) sensible à la phase dans le but de caractériser et d'étudier un ensemble de composants photoniques innovants. Il s'agit de monter comment l'OLCR sensible à la phase apporte des réponses aux questions liées au fonctionnement de ces composants ou aux principes théoriques qui régissent ce fonctionnement. Pour commencer, nous définirons un cadre à cette étude en présentant les grandeurs physiques utiles à sa compréhension mais aussi un état de l'art non exhaustif des méthodes de caractérisation optique existantes pour mieux cerner le rôle et les spécificités de la méthode OLCR. Ensuite, nous détaillerons le principe théorique, les diverses applications ainsi que les limites physiques de performances de la technique OLCR. Enfin, nous présenterons un ensemble de résultats concernant les différents composants étudiés. Nous traiterons, dans un premier temps, des mesures concernant les fibres optiques avec notamment la mesure du lien indice/amplification dans une fibre dopée Erbium, l'analyse de l'évolution spatiale des paramètres d'une fibre micro-structurée ou encore la caractérisation complète des valeurs de dispersion des modes d'une fibre multi-mode. Dans un second temps, nous aborderons la caractérisation de guides membranaires à cristaux photoniques et, en particulier, l'étude du ralentissement de la lumière et des phénomènes de diffusion dans ces guides. Nous essaierons, pour chacun des cas présentés, d'établir clairement les enjeux et objectifs de l'étude avant de conclure l'ensemble par un récapitulatif des travaux effectués et une mise en perspective de cette thèseThe purpose of this work is to use the phase-sensitive Optical Low-Coherence Reflectometry (OLCR) method in order to study and characterize a large panel of innovative photonic components. We aim at showing that phase sensitive OLCR can bring several answers to key issues regarding the physics of such components. We will first define a frame to this study by presenting the physical properties useful to the understanding of it and by presenting a non-complete state of the art of the existing characterization methods in order to determine the role and the specificities of the OLCR. We will then show the OLCR technique itself. We will describe its theoretical principle, its applications and its limitations. Eventually, we will present several results for the different compnents that have been studied. Starting with optical fibers we will present some measurements of the index/amplification relation in an Erbium doped fiber amplifier, the analysis of the spatial evolution of the optical parameters of a micro-structured fiber or the characterization of the dispersion values of the modes of a multi-mode fiber. The second part will concentrate on the characterization of photonic crystal slab waveguides and, more specifically, the link between slow light effects and scattering in those guides. We will try in each of these studies to define clearly the context and the aims before summing up these resutls and presneting future perspectives
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Milord, Laurent. "Dispositifs photoniques innovants pour le piégeage optique : Cavité étendue à double période et structure hybride cristal photonique-nano antenne." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI026/document.
Full textAbstract:
Depuis les premiers travaux d’Ashkin sur les pinces optiques classiques, beaucoup d’efforts ont été fait pour piéger des nano particules. Néanmoins, elles peuvent difficilement piéger des particules inférieures à 200 nm à cause des limites imposées par la diffraction. Cette limite peut être dépassée grâce aux forces optiques de gradient provenant du champ évanescent généré et amplifié par des nano cavités photoniques. Cependant, cette approche est confrontée à deux verrous importants pour les applications : La surface de piégeage est très faible ce qui rend peu probable la capture d’une nanoparticule animée d’un mouvement brownien et pour les pinces « ultimes » de type nanoantenne où le mode est confiné dans des régions nanométriques, leur excitation en espace libre n’est pas très efficace. L’objectif de ce travail vise à lever ces deux verrous. Pour augmenter la surface de piégeage, nous présenterons d’abord une approche utilisant le mode de Bloch d’une cavité étendue à double période dans un cristal photonique fabriqué sur SOI. Nous montrerons que cette approche permet le piégeage de particules de 200, 100 et 75 nm sur une surface étendue de 5x5 µm² en utilisant un faisceau laser d’excitation en espace libre. Dans un deuxième temps, nous nous intéresserons à l’excitation optique en espace libre de structures nanométriques. Nous présenterons une structure hybride nano antenne – cristal photonique, où le cristal photonique joue le rôle de réservoir à photons pour la nano antenne. Cela permet ainsi un effet « entonnoir à photon» où la lumière issu d’un faisceau large (5µm) est concentrée dans la nanoantenne. Nous démontrerons la pertinence de cette approche par le piégeage particules de 100 nmSince the first work on optical tweezers by Ashkin, a lot of efforts have been made to trap nanoparticles. However, optical tweezers are diffraction limited and can hardly trap particles below 200 nm. This limit can be overstepped using the optical gradient forces of an evanescent field generated and amplified by a photonic nano cavity. Nonetheless, this approach faces two major issues for applications: the trapping section is very small, making the capture of a Brownian motion animated particle very unlikely, and for the “ultimate” nano antennas with nanometric optical modes, their excitation from free space is not effective. The goal of this work is to overcome these two difficulties. To increase the trapping surface, we will first present a device using slow Bloch modes within a double period extended cavity designed in a photonic crystal made out of SOI. We will show that this approach allow for the trapping of 200, 100 and 75 nm particles on an extended surface of 5x5 µm² using a free space laser beam excitation. Secondly, we will investigate the free space excitation of nanometric structures. A photonic crystal – nano antenna mixed structure will be presented, where the photonic crystal is used as a photon pool for the nano antenna. This lead to a funnel effect where the light coming from a large free space laser beam (5µm wide) is focused into the nano antenna. The trapping of 100 nm particles will demonstrate the relevance of this approach
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Bourgeois, Martin. "Commutation optique dans un cristal photonique à base de silicium." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2001. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp04/MQ62578.pdf.
Full text
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Vallée, Jean-Michel. "Source laser accordable jumelant photonique sur silicium et fibre optique." Master's thesis, Université Laval, 2021. http://hdl.handle.net/20.500.11794/69037.
Full textAbstract:
Ce mémoire porte sur la conception de lasers hybrides jumelant les bres optiques à la photonique sur silicium. L'objectif principal est de réaliser un laser polyvalent au niveau de ses paramètres d'émission et permettant en plus d'offrir des performances intéressantes pour les communications optiques. Plusieurs approches menant à l'intégration laser sur la plateforme de photonique sur silicium ont été démontrées. Contrairement aux approches d'intégration qui visent à produire une source la plus compacte qui soit, l'approche choisie vise à réaliser un laser performant qui exploite à la fois les performances d'amplication optique des bres dopées ainsi que le potentiel de traitement optique qu'offre la plateforme de photonique sur silicium. Le principe de fonctionnement de même que les modèles théoriques de différentes structures optiques accessibles grâce à la plateforme de photonique sur silicium sont présentés en détail. Ces structures, permettant le guidage optique à l'échelle nanoscopique de même que la manipulation de la lumière, sont des éléments clés pour la conception de ltres optiques pour les cavités laser. Les performances d'un ltre Vernier sur silicium sont analysées grâce à des simulations numériques. Deux types de lasers hybrides accordables sont présentés dans ce document : celui d'un laser multimodes opérant à 1.55 µm et permettant une sélection de l'espacement spectral entre ses modes et celui d'un laser monomode opérant à 2 µm et accordable sur une large plage spectrale. Dans le premier cas, le milieu d'amplication de la cavité est composé d'une bre optique dopée à l'erbium tandis que dans le second, il s'agit d'une bre dopée au thulium. Les différents éléments de la cavité sont modélisés et leurs performances sont simulées à l'aide d'outils numériques. Enn, les performances expérimentales des lasers sont mesurées en laboratoire.This master's thesis is on the design of a hybrid laser combining optical bers and the technology of silicon photonics. The main objective is to achieve a laser with great control and exibility over its emission parameters and with good performances for the eld of optical telecommunications. Until now, several approaches leading to laser integration on the silicon photonics have been demonstrated. Unlike integration approaches which aim to produce the most compact source possible, the chosen approach aims to produce a high-performance laser which exploits both the optical amplication performance of the doped bers as well as the potential of light processing and precision that oers the silicon photonic platform. The operating principle as well as the theoretical models of dierent optical devices accessible thanks to the silicon photonics are presented in detail. These devices allowing optical connement at the 100-nanometer scale level as well as the manipulation of light are key elements in the design of optical lters for the laser cavity. The performances of a Vernier lter on silicon are analyzed by means of numerical simulations. Two types of hybrid lasers are presented in this document. The rst is a multimode laser allowing a selection of the spectral spacing between its modes. The second type of laser is a single-mode laser operating at 2000 nm and tunable over a range of 100 nm. In the rst case, the amplication medium of the cavity is composed of an optical ber doped with erbium while in the second, it is a ber doped with thulium.
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Noury, Adrien. "Photonique hybride des nanotubes de carbone." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112199/document.
Full textAbstract:
L’intégration des communications optiques sur puce offre de vastes promesses en termes de performances et de réduction de la puissance consommée, les canaux optiques ne souffrant pas des nombreuses limitations des canaux métalliques. De plus, l’information codée optiquement permet d’atteindre des débits de données élevés par le biais du multiplexage en longueur d’onde. Afin de conserver la compatibilité avec les composants électroniques, les communications et composants optiques doivent s’intégrer dans la filière silicium. Cependant, ce dernier matériau ne permet pas d’envisager la réalisation de certaines fonctions optiques, en particulier la source laser. D’autres matériaux doivent ainsi être intégrés pour suppléer au silicium. Mes travaux de thèse portent sur l’intégration de nanotubes de carbone sur plate-forme silicium pour la photonique. Dans ces travaux, le potentiel des nanotubes de carbone pour la réalisation de sources optiques intégrées est exploré. Dans un premier temps, je proposerai des pistes de compréhension de l’apparition du gain optique dans les nanotubes de carbone semiconducteurs par analyse des temps de vie des excitons, mesurés en spectroscopie pompe-sonde. Ces temps de vie sont sensiblement rallongés lorsque la centrifugation des nanotubes de carbone, au cours de l’extraction, est poussée à des vélocités et des temps plus longs. Une explication envisagée est la réduction du nombre de défauts à la surface des nanotubes, ces défauts se comportant comme des centres de recombinaison non-radiatifs. D’autre part, une méthode efficace d’intégration des nanotubes de carbone sur guide d’onde silicium a été proposée. Cette méthode robuste et permet d’observer le couplage de la photoluminescence des nanotubes de carbone avec le mode optique du guide d’onde. Afin d’obtenir une interaction exaltée entre mode optique et nanotube de carbone, le couplage entre les nanotubes et différentes cavités photoniques, incluant microdisques, cavités Fabry-Pérot et micro-résonateurs en anneau, a été étudié. L’emploi en particulier de résonateurs en anneau permet d’observer la structuration de la photoluminescence des nanotubes de carbone par les modes de résonance de l’anneau. Différentes configurations ont été étudiées afin de compléter la compréhension des mécanismes de couplage : micro-photoluminescence, photoluminescence guidée et photoluminescence intégréeOn-chip optical communication may increase drastically performances and consumption of communication systems. Indeed, optical channels do not face limitations that metallics interconnects do. Even better would be the achievable data rate due to the multiplexing possibility in optics. In order to keep compatibility with electronic devices, optical components and interconnects should be built in silicon. However, this material is not suitable for some optical function, such as laser sources. Thus, there is a need to integrate alternative materials to compensate for silicon weaknesses. My PhD work focuses on integration of carbon nanotube on silicon for photonics applications. In this work, potential use of carbon nanotube for light emission function is investigated. First, I will propose clue to understand the appearance of optical gain in semiconducting carbon nanotube. Such investigation is done by mean of pump-probe experiments, where the excitons lifetimes are measured. Those lifetimes slightly increase while centrifugation time and speed is increased, during the extraction process. A possible explanation is that defect-free carbon nanotubes are selected by the centrifugation process. In parallel, I worked on designing an efficient method to couple nanotubes photoluminescence with silicon waveguides. This method appears to be quite robust, and allows to observe coupling between the nanotube photoluminescence and the optical mode of the waveguide. In order to obtain a more intense interaction between the optical mode and carbon nanotubes, I investigated the coupling between carbon nanotubes and several photonic cavities, including microdisks, Fabry-Pérot cavities and ring resonators. Specifically, ring resonators allow to measure the photoluminescence of carbon nanotube structured by the resonant modes. Several configurations are studied to understand more in-depth the coupling mechanisms: micro-photoluminescence, guided photoluminescence and integrated photoluminescence
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Rasigade, Gilles. "Modulateur optique haute-fréquence sur subtrat silicium-sur-isolant." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112158.
Full textAbstract:
La photonique silicium apparait aujourd’hui comme le domaine de recherche clef pour les télécommunications optiques avec comme objectif le développement de transmetteurs intégrés compatibles avec la technologie silicium CMOS. Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont porté plus spécifiquement sur la structure du modulateur optique sur substrat SOI pour les applications 10 et 40 Gbit/s. La structure active retenue repose sur le mécanisme de déplétion de porteurs au sein d’une jonction polarisée en inverse et permet grâce à un interféromètre Mach-Zehnder de moduler l’intensité du signal optique en sortie. L’étude et l’optimisation des trois figures de mérite principales ont permis de concevoir un modulateur présentant un produit VpLp de 1,7 V. Cm. Des pertes d’insertion de 3 dB et une fréquence de coupure de 35 GHz. La copropagation des signaux électrique et optique a également été étudiée et a validé le fonctionnement du composant jusqu’aux débits de 40Gbit/s. Des échantillons ont été fabriqués au CEA/LETI puis caractérisés à l’IEF. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis d’améliorer la conception des modulateurs et d’établir une nouvelle méthode de caractérisation de la région active. Ces travaux ont abouti à la conception d’un modulateur optique silicium présentant des caractéristiques compatibles avec les applications 40Bbit/s et à des résultats généraux pour l’optimisation de ses performances. L’intégration de ce composant avec des sources laser et des photodétecteurs conduira très prochainement à la fabrication d’un transmetteur silicium rapide, nécessaire à l’émergence de la photonique silicium pour les télécommunications optiques intégréesThe silicon photonics has emerged as the key area of research for optical telecommunication with the objective of developing an integrated transceiver fully-compatible with the available CMOS technology. In this context, the work of my thesis is focused on the structure of the optical modulator, integrated on a silicon-on-insulator (SOI) substrate and for applications working at the bitrates of 10 and 40 Gbit/s. Its active structure is based on the carrier depletion obtained in a reverse biased junction and leads to an intensity modulation at the output of a Mach-Zehnder interferometer. The optimization of the structure produced an optical modulator design which exhibits a VpLp product of 1,7 V. Cm. Insertion loss as low as 3dB and a -3 dB cut off frequency of 35 GHz. The light and RF copropagation has been studied as well and has validated the operation of the component at the bitrate of 40 Gbit/s. A CMOS technological process has been established and chips have been fabricated at CEA/LETI then characterized at IEF. Finally, this work has led to the design of a silicon optical modulator with characteristics compatible with 40 Gbit/s applications, as well as general result for the optimization of this component. Its integration with laser sources and photo detectors will lead is the future to the emergence of silicon photonics for integrating optical telecommunication
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Aktas, Djeylan. "Photonique quantique expérimentale : cohérence, non localité et cryptographie." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR4142.
Full textAbstract:
Cette thèse s'articule autour de l'étude de la cohérence de la lumière produite à partir de sources de paires de photons intriqués et de micro-lasers. Nous avons produit et manipulé des états photoniques intriqués, et conduit des investigations à la fois fondamentales et appliquées. Les deux études menées sur les aspects fondamentaux de la non localité avaient pour but de relaxer partiellement deux contraintes sur lesquelles s'appuie l'inégalité de Bell standard en vue d'applications à la cryptographie quantique. Ainsi, en collaboration avec l'Université de Genève, nous avons redéfini la notion de localité en prenant en compte les influences sur les mesures de corrélations des choix des configurations expérimentales et d'une efficacité globale de détection limitée. Cela a permis de définir des inégalités de Bell généralisées et les violations expérimentales qui en découlent permettent d'attester de la non localité des états quantiques observés. Nous avons aussi étudié et mis en place une solution expérimentale autorisant l'émission de photons intriqués dans des pairs de canaux télécoms pour la cryptographie quantique. Nous avons montré la préservation de l'intrication sur 150 km et obtenu des débits records en comparaison avec les réalisations similaires. Enfin, nous avons étudié les propriétés de l’émission de lasers à semi-conducteurs aux dimensions réduites. L’émission de ces composants microscopiques s'accompagne de grandes fluctuations en intensité lorsque ceux-ci sont pompés en-dessous du seuil laser. Cette étude a permis de mieux comprendre comment se construit la cohérence laser dans ces systèmesIn this thesis we study the coherence of light emitted by entangled photon-pair sources and micro-lasers. We have generated an manipulated entangled photonic states and investigated both fundamental (non locality) and applied (quantum cryptography) research directions. The objective of two fundamental studies on non locality was to partially relax the strong assumptions on which standard Bell tests rely. To this end, we redefined, in collaboration with the University of Geneva, the formalism of locality taking into account the influence, on correlation measurements, of the freedom of choice (in the basis settings) and of the limitation of the overall detection efficiency. Both assumptions allow devising generalized Bell inequalities whose experimental violations indicate that we can still attest for non locality for the observed states. In addition, we have studied and realized an experimental setup allowing to distribute entangled photon pairs in paired telecom channels for high bit rate quantum cryptography. We have shown that entanglement is preserved over a distance of 150 km with record rates for similar realizations, by mimicking classical network solutions exploiting, in an optimal fashion, the capacity of an optical fiber link via dense spectral multiplexing. Finally, we have studied the properties of light emitted by semiconductor lasers showing reduced dimensionality. This micro-lasers actually provide output light under high intensity fluctuations when they are pumped below the threshold. Their study allowed to refine our understanding on how the coherence builds up in these systems as the cavity is filled with photons
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Pin, Christophe. "Piégeage et manipulation d'objets colloïdaux à l'aide de structures photoniques en silicium intégrées dans des puces optofluidiques." Thesis, Dijon, 2016. http://www.theses.fr/2016DIJOS060/document.
Full textAbstract:
Les champs électromagnétiques évanescents sont à l'origine de forces optiques de champ proche, comme par exemple à la surface de guides d'onde ou de nanocavités photoniques où la lumière se trouve très fortement confinée. Ces forces sans-contact peuvent être avantageusement utilisées pour piéger et manipuler des micro- et nano-objets en solution. Cette thèse a pour but l'étude de ces interactions et de leurs potentielles applications. Le premier chapitre consiste en une brève introduction aux domaines des systèmes colloïdaux et du piégeage optique, notamment en champ proche. Le deuxième chapitre présente les moyens instrumentaux utilisés, ainsi que le procédé mis au point pour la fabrication de puces optofluidiques dotées d'un canal microfluidique. Le troisième chapitre est dédié à l'étude du potentiel de piégeage perçu par des microbilles de 2 $µm$, 1 $µm$ et 500 $nm$ à la surface d'une nanocavité photonique, et aboutit à la notion de microscopie optofluidique en champ proche optique. Dans le quatrième chapitre, nous étudions le comportement dynamique et la manipulation d'agrégats de microbilles piégés en présence d'écoulements. Le dernier chapitre est consacré à l'étude du piégeage et de la manipulation de microbilles à la surface de guides d'onde sous l'action de modes copropagatifsNear-field optical forces arise from evanescent electromagnetic fields, such as in the near-field of photonic waveguides and nanocavities where light is highly confined. These contactless forces can be advantageously used to trap and manipulate micro- and nano-objects in solution. This thesis aims at studying these intriguing interactions and investigating their potential applications. The first chapter is an introduction to the fields of colloidal systems and optical trapping, more especially using near-field optical forces. The second chapter presents the experimental setup and the process used to fabricate optofluidic chips with microfluidic channels. The trapping potential experienced by 2 $µm$, 1 $µm$, and 500 $nm$ microbeads at the surface of a photonic nanocavity is studied in the third chapter. Our results lead to the concept of optofluidic near-field optical microscopy. In the fourth chapter, we study the dynamics and the manipulation of trapped microbeads clusters in fluidic flows. The last chapter focuses on the trapping and the manipulation of microbeads at the surface of waveguides using copropagating modes
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Pille, Guillaume. "Multiplexage optique à répartition par codes spectraux en optique intégrée." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20228.
Full text
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Arguel, Philippe. "Approches de l'intégration photonique dans les microsystèmes." Habilitation à diriger des recherches, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00129453.
Full textAbstract:
Les travaux de recherches présentés dans ce mémoire ont débuté en 1992 au sein du groupe "Photonique" du LAAS-CNRS. Ils s'inscrivent dans le cadre général des recherches menées par l'équipe animée par F. Lozes-Dupuy, Directrice de Recherches au CNRS. Après une étude approfondie des diodes laser DBR (Distributed Bragg Reflector) monofréquences à émission surfacique, l'étude de ce type d'émetteurs a été poursuivie en recherchant le contrôle et l'optimisation de leurs performances par l'adjonction d'une cavité optique étendue hybridée. Ces travaux ont conduit à élargir le domaine de recherches à celui des microsystèmes et aux technologies associées en vue de proposer une microsource laser stabilisée en fréquence. L'orientation «microsystème» des activités a ensuite été renforcée par des travaux de collaboration sur les microsystèmes optiques et, plus spécifiquement, sur le verrou que constitue l'intégration photonique dans les microsystèmes. Dans une première approche, en mettant à profit les acquis de la technologie conventionnelle de type CMOS, les travaux ont concerné l'étude de nouveaux concepts d'intégration sur silicium. Ces travaux se sont appuyés sur un objet d'étude constitué par un capteur optique de déplacement et ont montré que la microélectronique, l'optoélectronique et l'optique intégrée pouvaient être associées sur silicium pour proposer des fonctions optiques "intelligentes" à partir d'une technologie compatible CMOS. Une deuxième approche d'intégration photonique a ensuite été explorée pour tirer profit des propriétés des cristaux photoniques dans la perspective du développement de nouveaux types de diodes laser compatibles avec une intégration photonique planaire dense.
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Neel, Delphine. "Etude en champ proche optique de guides à cristaux photoniques sur SOI." Lyon, INSA, 2006. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2006ISAL0090/these.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l'étude par microscopie en champ proche optique (SNOM) de composants à cristaux photoniques bidimensionnels sur SOI, dans le domaine du proche infrarouge (longueurs d'onde télécom 1,2-1,6 micromètre). Le SNOM fournit une cartographie locale du champ électromagnétique dans les composants, avec une résolution de l'ordre de 150 nm. Les cartes de champs ainsi obtenues permettent une compréhension approfondie des phénomènes physiques qui ont lieu au sein de ces structures complexes. Trois fonctionnalités optiques différentes ont été abordées. Tout d'abord, le guidage de lumière a été mis en évidence dans un défaut linéaire de type W1. La présence d'ondes de Bloch et d'ondes stationnaires a été observée dans ce guide. Ensuite, concernant le couplage, nous avons étudié différents types de transitions (tapers) permettant d'améliorer le couplage entre guides diélectriques et guides à cristaux photoniques, ainsi qu'entre guides à cristaux photoniques et guides à cavités couplées. Nous montrons que l'utilisation de tapers correctement optimisés améliore le coefficient de transmission des structures, en réduisant les pertes hors du plan. Nous avons également calculé les pertes par propagation dans les cavités couplées. Enfin, un démultiplexeur en longueur d'onde a été conçu et caractérisé. Ce démultiplexeur utilise le principe du coupleur directionnel. Un effet de démultiplexage a été observé entre 1. 3 et 1. 5 micromètreBidimensional photonic crystals, composed of a periodic lattice of air holes in a dielectric slab, appear as attractive candidates for the miniaturization of integrated optical circuits at a sub-wavelength scale. This thesis work concerns the near-field optical study of bidimensional photonic crystals devices on SOI, in the near-infrared range (telecom wavelengths 1,2-1,6 micrometer). For the characterization of the components, a scanning near-field optical microscope (SNOM) was used so as to obtain a local cartography of the electromagnetic field in the structures, with a resolution of about 150 nm. Those field maps allow a better comprehension of the physical phenomena occurring in the structures. Three different optical functionalities were studied: guiding, coupling and demultiplexing. First, light guiding was evidenced in a W1-type linear defect. Bloch waves and standing waves were observed in the guide. Then, the coupling between photonic crystals waveguides and dielectric waveguides, as well as the coupling between photonic crystals waveguides and coupled cavities waveguides, were studied. We show that the utilisation of well-designed tapers increase the transmission coefficient of the structures, through a reduction of the out-of-plane losses. The SNOM allows an accurate measurement of the propagation losses in the coupled cavities. Finally, the conception and the characterization of a 1,3-1,5 micrometer demultiplexer was realized. This demultiplexer uses the principle of a directional coupler
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Neel, Delphine Benyattou Taha. "Etude en champ proche optique de guides à cristaux photoniques sur SOI." Villeurbanne : Doc'INSA, 2007. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=neel.
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Calero, Vila Venancio. "Antenne à cristal photonique électro-optique pour la détection de fréquences électromagnétiques." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD018.
Full textAbstract:
Ce travail se concentre sur la fabrication d’un capteur de champ électrique non invasif, basé sur des effets électro-optiques. Ces dispositifs, entièrement diélectriques, ne perturbent pas le champ électrique à mesurer. La plus part des capteurs de champ électrique basé sur les effets électro-optiques sont des modulateurs du type Mach-Zehnder. Ces capteurs présentent toute fois beaucoup de pertes optiques lors de l’injection de la lumière dans le guide optique. Pour s’affranchir de telles pertes, un dispositif Lab-on-Fiber est imaginé : une nanostructure photonique est placée en bout de fibre optique.Les propriétés du Niobate de Lithium (LiNbO3), associées aux structures d’un cristal photonique (PhC) permettent d’imaginer une partie active extrêmement sensible et ultra compact, placé à l’extrémité d’une fibre optique. Le dispositif final doit également présenter une large bande spectrale de fonctionnement et une très fine résolution spatiale.Nous nous intéressons à la simulation, à la fabrication et à la caractérisation de ce capteur de champ électrique fibré. De nombreuses simulations numériques nous ont permis d’optimiser le design de la nanostructure photonique. Nous nous sommes penchées sur un cristal photonique 2D, conduisant à l’excitation d’une résonance Fano, extrêmement sensible aux champs électriques. Ces simulations ont également permis d’étudier l’impact des inévitables défauts de fabrication. La fabrication est divisée en deux parties : (i) Fabrication des cristaux photoniques sur des couches minces de niobate de lithium (LN). Nous avons développé un protocole reproductible pour obtenir des couches minces de LN suspendues. Un faisceau d’ion focalisé vient ensuite graver localement le LN pour fabriquer un cristal photonique. Ces cristaux photoniques sont ensuite caractérisés optiquement avant la seconde étape de fabrication : (ii) l’assemblage de cette partie active du capteur à l’extrémité d’une fibre optique. Deux méthodes d’intégration ont été étudiées et conduisent à un capteur fibré ultra-compact. Une seconde caractérisation, électro-optique cette fois, permet de déterminer les caractéristiques principales du capteur : sensibilité, résolution spatiale, bande passante, linéarité. Le dispositif final est le premier capteur de champs électrique basé sur une résonance Fano, et montre la plus fine résolution spatiales jamais atteinte des capteurs électro-optiquesThis thesis work focuses on the fabrication of non-perturbing E-field sensors based on the electro-optical effect. Lithium niobate (LiNbO3) combined with Photonic Crystals (PhC) can increase considerably the material sensitivity to electric fields leading to ultra-compact devices. The target structure must exhibit a high sensitivity, extended bandwidth, ultra-fine spatial resolution and the most important: the electric field should not perturb the electric field to be measured, which is ensured since the sensor is not based on metallic parts. Most of the E-field sensors based on ferroelectric materials are based on Mach-Zehnder (MZ) modulators or any other kind of waveguide-based topologies which presents high losses produced at the injection of the light within the tiny waveguides and can reach relatively low electric field sensitivities. These issues may not happen in fibered-based devices where the photonic structure can be located at the facet and a nano-structure may act as a sub-wavelength diffraction grating that couples the light into the PhC itself. By choosing the adequate geometrical parameters, very efficient out-of-plane to in-plane coupling can be performed.In this thesis we focus on the simulation, fabrication and characterization of the fiber-tip electric-field sensor. Here we perform numerical simulations in order to study the feasibility of the structure where the different fabrication errors are studied. The fabrication is divided in two parts: a first one where we overcome with the problem of micromachining photonic crystals within Thin Film Lithium Niobate (TFLN) and a second part, where the integration of the photonic device within the fiber facet is explained. Regarding the part concerning the PhC fabrication, we have developed a reproducible process to release the lithium niobate membrane where the PhC is made by Focused Ion Beam (FIB) techniques. The optical characterization of these structures, which receive the name of Photonic Crystal Slabs (PCS), shows excellent agreement with the theory never achieved before in this material. On the other side, different methods here shown for the integration onto fiber, leading to an ultra-compact and versatile sensor. After the assembly, the sensor is characterized verifying its different features such as spatial resolution, linearity, sensitivity and bandwidth. The resulting device results in the first Fano E-field sensor ever reported, but in addition it also presents the highest spatial sensitivity ever obtained in these kind of devices
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Lesecq, Marie. "Fonctionnalités actives en optique intégrée à base de fils optiques en filière InP : application à la commutation optique." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-127.pdf.
Full textAbstract:
L'objectif de cette étude est l'évaluation des potentialités de la nanophotonique pour la réalisation de la fonction de commutation à la longueur d'onde des télécommunications optiques 1550 nm. Des guides optiques de taille submicronique (ou fils optiques) ont été utilisés. L'étape de conception à l'aide de logiciels commerciaux de modélisation numérique a permis de définir une structure de commutation optique originale basée sur la mise en série de deux jonctions Y actives dissymétriques. Différents procédés technologiques spécifiques ont été développés : lithographie électronique sur résine épaisse pour la définition de motifs de taille micrométrique, gravure profonde et anisotrope, report de contact sur des structures fortement non planaires. Les caractérisations optiques des structures passives, guides droits, guides courbes et jonction Y ont mis en évidence la possibilité de réduire fortement les dimensions des composants par rapport à l'optique intégrée traditionnelle. Les caractérisations électro-optiques des micro-commutateurs ont mis en évidence une diaphotie de -20 dB pour une consommation de 100 mA. Enfin, La technologie microguide a été utilisée pour la réalisation de deux types de filtres optiques. Les premiers sont des résonateurs à microdisque ou microanneau ; nous avons notamment démontré la possibilité de réaliser une accordabilité tout-optique des résonances du disque. Les seconds sont des filtres compacts de types stubs.
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Fasquel, Sophie. "Propriétés optiques de structures guidantes en cristal photonique." Lille 1, 2005. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/e2f8fa6b-4758-4782-808c-b7155b110a74.
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Ces travaux de recherche portent sur l'étude de stmctures guidantes à base de cristaux photoniques. Il s'agit de réseaux de trous d'air gravés dans une hétérostructure confinante de type InP/lnGaAsP/lnP. Notre contribution sur ce sujet regroupe des aspects numériques théoriques bi et tridimensionnels et des aspects de fabrication. Les cristaux photoniques ont un grand intérêt pour l'optique et les télécommunications, car ils permettent de manipuler la lumière -routage, (dé)multiplexage, filtrage - dans des dimensions restreintes. Par analogie avec le gap des semiconducteurs, la périodicité de ces matériaux génère l'ouverture d'une bande spectrale interdite pour les photons. Nous exploitons à la fois cette bande interdite pour réaliser des guides optiques ou des dispositifs de filtrage directionnels appelés « Add-drop », et les bandes permises du cristal pour l'étude de la réfraction négative dans ces milieux périodiques qui peuvent posséder un indice de réfraction négatif.
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Marsaut, David. "Ingénierie optique et microsystèmes silicium : développement d'une instrumentation dédiée à la biologie cutanée." Besançon, 2004. http://www.theses.fr/2004BESA2052.
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L'objet de cette thèse est de satisfaire les besoins d'instrumentation exprimés en biologie cutanée pour la caractérisation de la peau et de son relief. Le principal objectif a été le développement d'un profilomètre optique 3D basé sur la technique de projection de franges pour la mesure in vivo du micro-relief cutané. La résolution de l'appareil est de 2. 5 [micron-mètres] en z pour un temps d'acquisition de 500 ms. De cette première réalisation ont résulté des profilomètres destinés au suivi de la cicatrisation d'une plaie et à la caractérisation des cuisses et du profil 3D du visage. Des logiciels spécifiques ont été développés pour l'exploitation des mesures ; notamment pour estimer le volume de rides ou d'ulcères veineux. Ensuite nous avons consacré notre travail au développement d'un micro-indenteur en silicium pour la mesure des caratctéristiques mécaniques du stratum corneum. Les forces mises en jeu par le micro-indenteur sont l'order du mN avec une résolution d'environ 20[micron]N. Le système réalisé est peu adapté en terme de temps d'acquisition pour la mesure sur la peau. Néanmoins, nous avons validé une méthode de mesure de position à partir d'un motif gravé sur silicium et nous avons défini les paramètres de fabrication de ce motif grâce à une optimisation technologique en salle blanche. Enfin, l'étude d'un microscope confocal à dispersion chromatique axiale fibré utilisant un supercontinuum de lumière blanche est exposée. La visualisation en profondeur de la peau nécessitera une détection plus performante. Toutefois, le microscope confocal chromatique fibré a été réalisé et son utilisation en profilomètre a été démontrée.
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Han, Bing. "Etude des composants nanophotoniques pour les interconnexions optiques sur silicium." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0130/these.pdf.
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L'augmentation des fréquences de fonctionnement des circuits intégrés rend de plus en plus problématique l'utilisation d'interconnexions métalliques et requiert l'introduction de nouveaux types de liaisons telles que les liens optiques. Le premier objectif de cette thèse a été de montrer la faisabilité d'un lien optique en utilisant un procédé technologique compatible CMOS. Les principaux résultats obtenus concernent le développement de deux nouvelles filières de matériaux bas cout déposés par un procédé PECVD basse température : le nitrure de silicium (SiNx) et silicium amorphe (a-Si:H). Des guides rubans compacts ont été fabriqués et les pertes optiques mesurées de 2,2dB/cm et 5,5dB/cm respectivement à longueur d'onde de 1,3µm pour la filière nitrure et silicium amorphe sont à l'état de l'art mondial. La réalisation de composants élémentaires d'optique intégrée compact tel que des virages et des diviseurs de faisceaux de type MMI ont permis d'obtenir un premier lien optique de 1 vers 8 validant ainsi l'approche retenue dans ce travail. Afin de réaliser une intégration monolithique des sources et des photodétecteurs III-V peuvent être reportés sur le circuit optique par un procédé de collage de plaque par adhésion moléculaire. L'approche originale retenue lors de ce travail de thèse a consisté à utiliser des coupleurs guide à guide compacts pour le transfert de la lumière entre la couche active III-V et le circuit optique passif. L'efficacité de couplage obtenue est de 60%. Le codage de l'information dans un circuit optique nécessite l'emploi de modulateurs de lumière. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'étude des cavités résonantes permettant d'accroître les performances des modulateurs optiques à base de silicium. Compte tenu de la faible variation d'indice de réfraction induit par des effets électro-optique dans le silicium, ces effets sont renforcés par l'utilisation de microcavités et de structures diffractives (cristaux photonique unidimensionnel). Ces approches permettent de réduire de manière significative les dimensions des composants et augmenter leur fréquence d'utilisation. Pour la réalisation d'un modulateur otpique intégré, les résonateurs en anneaux de type stade et les cavités Fabry-Pérot sont les deux des structures résonantes explorés conduisant à des dispositifs compacts fabriquées dans une technologie de guide en arête. Sur le résonateur en anneau de type stade, le facteur de qualité de 5200 a été obtenu, et il a été montré que celui-ci est suffisant pour assurer une modélisation efficace dans le siliciumThe increasing frequency of integrated circuits makes it problematic the use of metal interconncetions and requires the introduction o new types of connections such as optical link. The first objective of this thesis was to show the feasibility of an optical link using a CMOS compatible process technology. The main results concern the development of two new low-cost materials deposited by a low temperature process (PECVD) : the silicon nitride (SiNx) and amorphous silicon (a-Si :H). The compact strip waveguides were fabricated. The optical losses of 2. 2 dB/cm and 5. 5dB/cm at wavelength of 1. 3 micrometer for silicon nitride and amorphous silicon have been measured. The realization of basic components as bends and beam splitters allows distributing the first optical link from 1 to 8. In order to transfer the light between the active layer III-V and passive optical circuit, the approach taken in this thesis was to use guide couplers. The coupling efficiency obtained is 60%. The second part of this thesis was devoted to the study of resonant cavities, which increase the performance of silicon optical modulators. The electro-optical effect is enhanced by the use of microcavities and diffraction structures. These approaches can significantly reduce the size of components and increase their working frequency. To achieve an integrated optical modulator, the racetrack resonators and Fabry-Perot cavities are the two resonant structures explored, which are manufactured in a rib waveguide. For the racetrack resonator, the quality factor of 5200 was obtained, and it was shown that it is adequate for an efficient modulation in silicon
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Pierre, Thomas Degiovanni Alain Rémy Benjamin. "Mesure de la température à l'échelle microscopique par voie optique dans la gamme ultraviolet-visible." S. l. : INPL, 2007. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2007_PIERRE_T.pdf.
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Bélier, Benoît. "Développement de micro-leviers à fonctions optiques intégrées pour la microscopie à effet tunnel photonique et la microconnexion optique." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20145.
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Ces dernieres annees, le developpement des systemes de transmission de l'information (television, telephonie) traduit l'essor considerable des moyens de communication. Cette evolution de l'electronique et de l'optoelectronique vers une integration de plus en plus poussee, s'accompagne d'une adaptation constante des techniques de caracterisation des circuits integres. De nouvelles techniques, telles que les microscopes a champ proche optique (pstm), constituent un outil particulierement adapte. Leur principe est base sur l'interaction d'ondes electromagnetiques avec un objet, donnant naissance a des ondes non propagatives qui contiennent des informations sub-longueur d'onde sur cet objet. Il est donc necessaire pour y avoir acces d'utiliser une sonde adequate, generalement des fibres optiques amincies ou des micro-leviers de microscope a force atomique (afm) associes a un systeme macroscopique de detection de la lumiere. Il est interessant de developper des sondes specifiques a la pstm, utilisant le concept de micro-levier de l'afm et integrant, de maniere hybride ou monolithique, des fonctions optiques actives (photodetecteur, emetteur), ou passives (guide d'onde). Ce memoire de these presente la conception, la simulation, la technique de fabrication generique et l'utilisation sur microscope pstm de nouvelles sondes developpees parallelement sur substrat silicium et sur inp. L'utilisation du silicium permet de couvrir les longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge en matiere de detection et de guidage. Les composes iii-v permettent l'analyse en infrarouge et d'envisager l'integration d'un dispositif actif detecteur ou emetteur.
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Thevenet, Julien. "Conception et réalisation d'un microsystème fabry-pérot accordable intégrant une membrane-miroir concave par flambement pour les applications à la spectroscopie." Besançon, 2005. http://www.theses.fr/2005BESA2073.
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Chauveau, Clément. "Réseaux de résonateurs pour la photonique sur silicium, applications au multiplexage en longueur d'onde." Troyes, 2012. http://www.theses.fr/2012TROY0036.
Full textAbstract:
Le développement de la micro-électronique a permis d'obtenir des débits d'information très importants. Aujourd'hui, ces débits sont limités par la bande passante des interconnexions électriques utilisées et l'usage de lien optique devient nécessaire pour atteindre des débits supérieurs. Pour parvenir à réaliser cet objectif, de nouvelles briques de bases sont nécessaires comme des lasers, des modulateurs, des photodétecteurs et des dispositifs de guidage et de routage de la lumière. Toutes ces briques doivent être compatibles avec les procédés de fabrication CMOS. Cette thèse porte sur l'étude et le développement de composants à base de résonateurs circulaires permettant d'offrir des solutions alternatives aux dispositifs existants dans le domaine du multiplexage en longueur d'onde pour la photonique sur silicium. L'étude de résonateurs unique sur un wafer entier a permis de mettre en évidence la nécessité de la présence de dispositifs de régulation thermique pour compenser les variations technologiques. Les résultats de simulation et les dispositifs expérimentaux montrent que l'utilisation de réseaux de résonateurs permet de réaliser des opérations de filtrage large bande, avec des pertes très faibles. Basé sur ce principe, un multiplexeur 8 canaux a été fabriqué et caractérisé. Il répond aux spécifications télécoms. Ce type de composant est un candidat idéal pour permettre le développement du multiplexage en longueur d'onde dans le domaine de la photonique sur siliciumThe development of the micro-electronics industry has given access to very high data transmission rates. Currently, these data rates are limited by the electrical interconnection bandwidth and it will soon be necessary to use optical links to obtain higher data rates. To attain this objective, new building blocks must be developed such as lasers, modulators, photo-detectors, wave-guides and routing devices which must all be fully compatible with the CMOS processing. This doctoral thesis concerns the study and development of new components based on circular resonators arrays, which offer alternative solutions to existing devices in the field of wavelength division multiplexing for silicon photonics. The study of single ring resonators over the entire surface of a wafer shows that the use of thermal regulation is required to compensate for fabrication variations. Results of simulations and experiments show that arrays of circular resonators allow broadband filtering with very low loss. Based on this principle, an 8 channel multiplexer is demonstrated conforming to telecoms specifications. This kind of device is a potential candidate for use in the development of wavelength division multiplexing in silicon photonics
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Shalaby, Badr Mohamed Ibrahim. "Expériences d'interaction entre faisceaux autoguides "solitons" : nouvelles opérations de photonique picoseconde." Limoges, 1993. http://www.theses.fr/1993LIMO0204.
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Ce travail porte essentiellement sur l'exploitation de la propagation non lineaire stable de solitons spatiaux dans les milieux homogenes a non-linearite optique de kerr. Ceci a permis de realiser quelques experiences sur l'interaction de solitons spatiaux. J'ai demontre la realisation de commutation d'un faisceau soliton par un autre, la realisation de sommation, division de puissance, d'amplification, etc. . . Ces operations obtenues en regime picoseconde utilisaient les proprietes particulieres d'un couple de solitons spatiaux en quadrature ou l'interaction de solitons dont les trajectoires se traversent. En tirant parti des effets de modulation croisee de phase, j'ai montre la possibilite de commuter ou de diviser des signaux optiques de faible puissance en deux branches. J'ai presente une experience montrant que la propagation soliton dans une geometrie quasi bidimensionnelle et le guidage induit permettaient d'augmenter de maniere appreciable l'efficacite en diffraction de reseaux transitoires induits par laser. La modulation de phase croisee a permis de guider un faisceau de profil d'un soliton noir dans un milieu autofocalisant superpose a un faisceau d'une frequence differente de profil d'un soliton brillant. J'ai enfin etudie la propagation en 3-d dans un milieu non lineaire massif, j'ai analyse l'evolution a forte intensite de faisceaux de profil laguerre-gaussien. L'effet d'autoguidage recherche n'a pu etre obtenu mais la remarquable stabilite de ces faisceaux a ete mise en evidence
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Michit, Nicolas. "Switch optique pour la conception de liens WDM rapides en photonique sur silicium." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI033.
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La photonique sur silicium est une solution de remplacement de l’électronique pour les communications demandant des débits extrêmement élevés, intégré avec une haute densité au sein des serveurs, des cartes voire des puces. Pour atteindre de hauts débits (400G, 800G et au-delà), il est intéressant de multiplexer l’information et désagréger les ressources. Cela amène la nécessité de penser des switches capables de gérer de hauts débits et un grand nombre de ports. Dans un premier temps, le choix d’utiliser des liens à base d’anneaux a été justifié notamment en termes de compacité, de flexibilité du réseau qu’ils apportent et de faibles pertes optiques. Ces structures résonantes sont cependant très sensibles et il est important de bien comprendre les phénomènes physiques en jeu. Nous décrivons alors plusieurs modèles de résonance de l’anneau pour ensuite créer un modèle à la fois solvable analytiquement et suffisamment précis pour rendre compte des phénomènes mis en jeu. La validation de ce modèle est réalisée à l’aide de plusieurs tests faisant intervenir l’optique et l’électrique. Ce travail a permis de mieux appréhender l’anneau et ses paramètres constitutifs pour parvenir à minimiser son impact sur un lien WDM. Ensuite, nous avons soumis des idées d’améliorations possibles de ces résonateurs pour pallier à leurs défauts. Ainsi, des disques et des résonateurs utilisant la plateforme en nitrure de silicium ont été simulés, fabriquées puis testés pour finalement les comparer aux résonateurs en anneaux de référence. L’une de ces améliorations est topologique, il s’agit de cascader plusieurs résonateurs pour modifier la résonance finale. Cette modification topologique implique des modifications de l’architecture qui n’est pas forcément adaptée. Une réflexion sur les architectures WDM basées sur des simples et doubles anneaux est alors présentée. Pour limiter les diaphonies thermiques, des commutations groupées par longueur d’onde sont proposées tout en garantissant une table de vérité simple d’usage. La manière de piloter chaque anneau est très importante dans les switches et nous avons démontré un moyen transparent et non invasif de parvenir à faire la détection lumineuse nécessaire à une boucle de rétroaction. Enfin, nous proposons une réponse à la question de la taille maximale d’un switch avec des anneaux. A partir d’hypothèses maitrisées, nous estimons le cout final d’une architecture WDM en fonction du débit, du nombre de ports et de liens WDM. Ces résultats viennent ensuite confirmer ou contredire les hypothèses prises en compte pour l’élaboration de l’architecture du switchSilicon photonics stands as a promising solution to replace copper interconnections for communication requirements highly integrated inside data centers, inter and intra chip links. To achieve high data rate, one can use multiplexing on optical links combined with disaggregated resources. In such architectures, an optical switch being able to cope with high size and data rate is a core element to be designed. In this study, we focused on intrachip interconnections on a photonic interposer, based on wavelength multiplexed links around the 1310nm communication channel. Integration of laser sources, modulation of the data and reception of the signal is not addressed here. Our goal is the optical switching. At first, the choice to use ring resonators based links has been justified in terms of compactness, network flexibility and low optical losses. Those structures are though very sensitive to environment and geometry fluctuations: it is important to understand well physical effects at stake. We thus describe different ring resonance models to then create a model both analytic and enough accurate to describe peak shifts. The validation of this model is performed with optical and electrical tests. This work allowed a better understanding of the ring parameters in order to minimize its impact on a WDM link. We then propose ideas of possible improvements for those resonators. Disks and resonators using the silicon nitride layer have been simulated, fabricated and tested to compare their performances to the reference design. One of those improvements is topologic. One resonator is replaced by two coupled rings, to achieve a higher order of resonance. Since most of the switching architecture are not adapted to the use of double rings, we developed a new approach on that topic. To limit thermal crosstalk in WDM switches while keeping low footprint, resonators are grouped with respect to their wavelength. The scalability is preserved with a truth table kept to a fair level of simplicity for any number of wavelength multiplexed. The way to drive every resonator is a core topic in switching architectures, especially the detection of the resonance to perform a feedback loop. We demonstrated in this work a transparent and non-invasive way to detect light in a ring waveguide, based on the doped junction already used to drive the ring. Finally, we tackle the question of the switch scalability (without use of active amplifiers). Starting from reasonable hypothesis, we estimate the total switch bandwidth of a classical architecture taking into account data rate, number of ports and the wavelength multiplexing. Those system results confirm or invalidate some of the hypothesis taken in the architecture part
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Gaufrès, Étienne. "Photonique des nanotubes de carbone sur silicium." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769727.
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Depuis leur découverte, les nanotubes de carbone ont suscité un grand interêt pour leurs propriétés électroniques et optiques. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse a été d'étudier les propriétés optiques des nanotubes de carbone semiconducteurs pour la réalisation de composants photoniques aux longueurs d'onde des télécommunications. La première partie de la thèse a concerné l'étude de la variation de l'absorption et la photoluminescence des s-SWNTs en fonction de l'environnement des nanotubes: surfactant, matrice solide, solution. A partir d'une méthode d'extraction des s-SWNTs, développée en collaboration avec l'AIST de Tsukuba au Japon, l'influence néfaste des nanotubes métalliques et des impuretés sur les propriétés optiques des s-SWNTs a également été mise en évidence. Les différentes caractérisations effectuées sur des couches minces hautement purifiées en s-SWNTs ont révélés une amélioration du signal de luminescence des nanotubes semiconducteurs d'un facteur 6. Ces résultats ont conduit dans une seconde partie à étudier l'émission des s-SWNTs en régime non linéaire. Un fort gain optique dans les nanotubes semiconducteurs a pu être ainsi démontré expérimentalement pour la première fois. La dernière partie des travaux de thèse a porté sur l'intégration de ces nanotubes de carbone dans des structures photoniques silicium. Une étude approfondie de l'absorption et de la photoluminscence des nanotubes déposés sur des guides d'onde silicium a été effectuée. Ces travaux expérimentaux ouvrent la voie vers la réalisation de sources de lumière intégrées sur silicium à base de nanotubes de carbone et à plus long terme vers une nouvelle photonique à base de nanotubes de carbone.
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Ziebell, Melissa. "Transceiver optique en silicium pour les réseaux d’accès." Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112181/document.
Full textAbstract:
La photonique silicium est un domaine de recherche en plein expansion, visant à intégrer la photonique avec la microélectronique. Cette technologie est envisagée pour l’obtention de solutions bas-coûts dans le domaine des télécommunications optiques grâce à l'intégration de l'optique avec l’électronique de commande des composants. La réalisation d'un lien optique rapide pour transporter une information à haut débit nécessite le développement de blocs de base performants et compatibles avec la technologie CMOS. Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur le modulateur optique en silicium, pour les applications haut débit, de 10 à 40 Gbit/s. Les résultats présentés portent notamment sur la conception, l’optimisation, la fabrication et la caractérisation de ce composant. Le modulateur est basé sur un effet électroréfractif obtenu par déplétion des porteurs dans des structures de type PN et PIPIN pour obtenir une variation de phase de l’onde optique. La modulation d’intensité est ensuite obtenue par intégration de la région active dans un interféromètre Mach Zehnder ou un résonateur en anneau. Des simulations électriques, optiques et radiofréquences ont été menées sur les différents éléments du composant, afin de concevoir un dispositif pour les applications FTTH (Fiber To The Home), fonctionnant à 1,27 µm. Parmi les points clefs de ces études on peut noter l’optimisation des électrodes RF coplanaires réalisée grâce au développement d’un modèle électro-optique prenant en compte la propagation des ondes électriques et optiques dans la région active. Un procédé technologique compatible avec la filière CMOS a ensuite été mis en place et les masques nécessaires à la fabrication ont pu être dessinés en considérant les tolérances de fabrication et paramètres critiques. Enfin un grand nombre de résultats expérimentaux ont pu être obtenus, sur des composants conçus à l’IEF et fabriqués au CEA-LETI. On peut notamment retenir un modulateur Mach Zehnder fonctionnant à 40 Gbit/s utilisant une diode « PIPIN » pour réaliser la variation d’indice, et présentant un taux d'extinction de 7.5 dB pour des pertes de seulement 6 dB. Les futures optimisations des modulateurs, silicium visent à les intégrer avec l’électronique de commande, et à aller vers des formats de modulation plus complexes mais aussi plus performants que la modulation d’intensité sur 2 niveaux considérée jusqu’à présentSilicon photonics is a research field in full expansion that works towards the integration of photonics and microelectronic components in a single chip. The creation of a broadband optical link that is able to carry high-speed information requires the development of efficient building blocks compatible with CMOS technology. The work carried out during my Ph.D. focused specifically on silicon optical modulators for high-speed applications from 10 to 40 Gbit/s. The work presented includes design, optimization, fabrication and characterization of the complete device. The modulator is based on the electro-refractive effect obtained by depletion of carriers in PN and PIPIN diodes to obtain a phase change of the optical mode. Intensity modulation is obtained by integration of the active region in a Mach-Zehnder interferometer or a ring resonator. Electrical, optical and radio frequency simulations were conducted on the various elements of the modulator to design a device for FTTH (Fiber To The Home) applications operating at 127 µm. Additional studies included the design of RF coplanar waveguide electrodes optimized through the development of an electro-optical model that takes into account the propagation of the electrical and optical waves in the active region. Compatible CMOS processes were proposed, and the necessary masks for fabrication were designed considering fabrication tolerances and critical parameters. Finally, various experimental results were obtained on components designed at IEF and fabricated at CEA-LETI. We can specially mention a Mach Zehnder modulator operating at 40 Gbit/s that uses a PIPIN diode to obtain an index variation, and having an extinction ratio of 7.5 dB and losses of only 6 dB. The goal of future optimizations of silicon modulator is to integrate these devices with the RF driver, and to move towards more complex and efficient modulation formats than the two-level intensity modulation seen so far
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Bardinal, Véronique. "VCSELs: technologies et intégration photonique." Habilitation à diriger des recherches, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00405747.
Full textAbstract:
Depuis le premier concept proposé par K.Iga il y a 30 ans jusqu'aux recherches actuelles sur l'intégration photonique des VCSELs (pour Lasers à Cavité Verticale à Emission par la Surface), une forte activité de recherches a été déployée sur ces composants optoélectroniques emblématiques, du matériau au composant jusqu'au système, leur permettant d'acquérir leur position stratégique actuelle. C'est dans cette dynamique que s'est inscrit mon parcours scientifique. Les principales activités de recherche que j'ai menées depuis 1992 sur la technologie des VCSELs et leur intégration dans des systèmes photoniques sont décrites dans ce mémoire. Je rappelle tout d'abord brièvement les avantages des dispositifs III-V à cavité verticale pour l'optoélectronique et plus particulièrement les propriétés des VCSELs, composants au centre de mes travaux. Ce contexte général étant posé, je décris les contraintes imposées lors de l'élaboration de ces dispositifs à cavité verticale sur GaAs ainsi que la technique de contrôle optique en temps réel qui m'a permis de répondre à ce défi. Je détaille ensuite mes travaux sur la photo-détection en cavité verticale, qui ont porté sur la conception, la réalisation et la caractérisation de photo-détecteurs simples à cavité massive, de VCSELs à double fonction pour la détection d'un faisceau externe, ainsi que de VCSELs avec monitoring intégré exploitant la détection latérale de l'émission spontanée dans le plan de la cavité. La thématique du contrôle de l'injection électrique dans les VCSELs de grandes dimensions pour la manipulation de solitons de cavité ou la génération de puissance est également exposée, ainsi que les études menées sur l'intégration des VCSELs dans les microsystèmes qui m'ont conduite à mettre en place une nouvelle filière sur la micro-optique intégrée à base de polymères pour ces composants. Enfin, les prospectives de recherche qu'ouvrent l'ensemble de ces travaux sont présentées ainsi que le contexte dans lequel elles s'inscrivent.
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Weeber, Jean-Claude. "Diffraction en champ proche optique : analyse des images de microscopie à effet tunnel photonique." Dijon, 1996. http://www.theses.fr/1996DIJOS046.
Full textAbstract:
Cette étude traite de la diffraction en champ proche par des objets sub-longueur d'onde en vue de l'interprétation des images délivrées par un microscope à effet tunnel photonique (PSTM). Le premier chapitre est consacré à la présentation de la méthode numérique (méthode différentielle) que nous utilisons pour établir le comportement du champ électromagnétique diffracté dans la zone de champ proche. Les deuxième et troisième chapitres sont respectivement dédies à l'étude numérique de la diffraction par un objet seul en absence ou en présence d'une sonde optique locale. Dans le quatrième chapitre, nous exploitons le concept de fonction de transfert pour caractériser la réponse optique de sondes PSTM réelles. Nous comparons dans le cinquième chapitre, les images PSTM obtenues au-dessus d'objets mésoscopiques ou nanoscopiques à l'aide des sondes diélectriques ou métallisées. Enfin, le sixième et dernier chapitre regroupe les résultats d'essais préliminaires d'un microscope couple AFM/PSTM.
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Ba, Cheikhou. "VO₂ amorphe et polycristallin : dépôt en couches minces, caractérisation et application en optique-photonique." Doctoral thesis, Université Laval, 2017. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27494.
Full textAbstract:
Le dioxyde de vanadium (VO₂) est un matériau thermochrome de la famille des oxydes de métaux de transition (OMT). Sa température de transition (Tt), de 68 degrés Celsius, est parmi tous les OMT la plus proche de la température ambiante. Le VO₂ est métallique au-dessus de Tt et semi-conducteur en dessous de celle-ci. Le vanadium est un métal de transition avec plusieurs degrés d'oxydation. Lors de la fabrication des couches minces de VO₂, les différents degrés d'oxydation du vanadium entrent en compétition, ce qui rend très difficile la fabrication de couches minces stœchiométriques. On étudie les couches minces de VO₂ déposées par pulvérisation cathodique réactive ac double magnétrons assistée de faisceaux d'ions oxygène/azote pour des applications en optique et photonique. On dépose des couches minces de vanadium qu'on oxyde par la suite en dioxyde de vanadium. Les films ainsi fabriqués sont étudiés par des techniques de caractérisation optique, électrique, structurale et surfacique. Les propriétés de surface et de transport dépendent fortement de la proportion d'ions réactifs d'oxygène dans le faisceau ionique et du taux de conversion du V en VO₂. Le bombardement ionique diminue la température de transition et la résistance électrique des couches minces de VO2. Il mène à la formation de la phase monoclinique M2 du VO₂. Celle-ci est stabilisée par l'oxydation du V en VO₂ par la méthode "Rapid Thermal Annealing and Cooling" (RTAC). Ce processus permet un contrôle fin et aisé de la microstructure et de la texture des couches minces menant à de nouvelles propriétés optiques et électriques des couches minces de VO₂. Les applications du VO₂ proposées dans cette thèse vont des revêtements intelligents actifs et passifs aux lentilles minces nanométriques planes en passant par des dispositifs en couches minces thermo-électrochromes.
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Cassagne, David. "Matériaux à bandes interdites photoniques." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20053.
Full textAbstract:
Les materiaux a bandes interdites photoniques sont des structures dielectriques periodiques qui controlent la propagation des ondes electromagnetiques. Dans ce memoire, nous decrivons la methode des ondes planes qui permet de calculer les structures de bandes des cristaux photoniques. Par une analyse de la symetrie et une approche perturbative, nous precisons les conditions d'existence des bandes interdites de basse energie. Nous proposons de nouvelles structures bidimensionnelles appelees graphite et nitrure de bore. Grace a une methode de matrices de transfert, nous calculons la transmission de la structure graphite et nous mettons en evidence le role fondamental du couplage avec les modes exterieurs. Nous etudions l'apparition de modes permis dans la bande interdite grace a l'introduction de defauts dans la periodicite. Enfin, nous discutons les proprietes des opales constituees de micro-billes de silice auto-organisees qui sont tres prometteuses pour la fabrication de cristaux photoniques tridimensionnels.
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Billet, Cyril. "Génération de similaritons optiques dans des amplificateurs à fibres dopées erbium." Besançon, 2006. http://www.theses.fr/2006BESA2031.
Full textAbstract:
L'autosimilarité et l'évolution asymptotique intermédiaire sont des caractéristiques fondamentales de divers phénomènes physiques. Les recherches dans le domaine de l'optique ont mené à la prévision et à l'observation du similariton, nouvelle classe d'impulsions optiques ultracourtes présentant un profil d'intensité parabolique et développé par celles-ci au cours de leur propagation dans un amplificateur fibré à dispersion normale. Au delà de leur intérêt scientifique, les similaritons optiques sont d'une importance pratique primordiale du fait que leur profil peut être maintenu sans distorsion dans toute fibre à dispersion normale active ou passive et parce qu'ils possèdent un chirp strictement linéaire facilitant leur compression. Ce mémoire s'attache à mettre en évidence les possibilités d'obtention de ce profil dans un amplificateur à fibre dopée erbium. Les impulsions expérimentales caractérisées à l'aide d'un dispositif FROG présentent un profil d'intensité ainsi qu'une dérive fréquentielle en accord avec les résultats issus d'un modèle numérique. Nous avons aussi été en mesure d'étudier la formation des ailes du similariton durant son régime asymptotique intermédiaire. Une application typique des similaritons consiste dans le développement de sources impulsionnelles ultracourtes; expérimentalement nous avons développé un dispositif femtoseconde totalement fibré combinant un amplificateur à similaritons et une fibre à bandes interdites photoniquesSelf similarity and asymptotic evolution are key concepts of many physical phenomena. Recent research in optics has identified a new operating class of ultrashort pulse known as the optical similariton, a pulse with parabolic intensity profile generated during propagation in normal dispersion regime optical fiber amplifiers. As well as their intrinsic scientific interest, optical similaritons have significant practical application due to the fact they can propagate without distortion in any active or passive normal dispersion fiber, and their strictly linear chirp allows for efficient compression. This thesis aims to study the generation of optical similaritons in an erbium doped fiber amplifier. The experimental pulses characterized with frequency resolved optical gating have shown an intensity profile and a frequency chirp in good accordance with numerical modelling. We have also determined the presence of exponential decaying wings during the intermediate asymptotic dynamics. A typical use of similaritons is in the development of an ultrashort pulse source and, experimentally, we have also developed an all fiber femtosecond system by combining the similariton amplifier with photonic band-gap fiber technology
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Nguyen, Thi Thuy Linh. "Analyse théorique et expérimentale du profil de raies spectrales pour le diagnostic optique d'espèces d'intérêt atmosphérique : de la molécule linéaire à la toupie asymétrique." Besançon, 2006. http://www.theses.fr/2006BESA2029.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré à l’analyse de profils de raies spectrales de molécules d’intérêt atmosphérique dans le but d’application au diagnostic optique des atmosphères terrestre et planétaires. Plus particulièrement, notre étude théorique et expérimentale porte sur l’élargissement collisionnel de ces raies à des températures variées. L’ajustement des formes de raies expérimentales de N2O (502 et 602 GHz) et de HC15N (172 GHz) en collision avec différents perturbateurs montre un échec complet du modèle de profil de Voigt pour la description de ces formes ainsi que pour la déduction des largeurs collisionnelles. Deux autres modèles de profil plus avancés, ceux de Galatry et de Voigt dépendant des vitesses, décrivent correctement ces formes de raies et donnent les largeurs collisionnelles très proches ; l’analyse des paramètres de rétrécissement correspondants témoigne cependant en faveur du dernier modèle. L’aspect théorique de ce travail se focalise sur la modélisation de l’élargissement collisionnel par le formalisme semi-classique de Robert-Bonamy avec la trajectoire exacte. Pour les systèmes de petites molécules linéaires, telles que N2O-N2(O2), ce formalisme s’avère bien adapté, tandis que, pour une molécule active longue C2H2, il conduit aux résultats beaucoup moins suffisants. Des testes supplémentaires réalisés sur les systèmes-modèles C2H2-Ar et C2H2-He avec une méthode alternative – approche purement classique de Gordon – montrent le rôle important du couplage roto-translationnel ayant lieu durant les collisions et permettent d’attribuer le désaccord des résultats semi-classiques avec l’expérience à la non prise en compte de ce couplage dans le cadre des approches semi-classiques. Suite aux applications à des systèmes de molécules linéaires, le formalisme semi-classique de Robert-Bonamy avec la trajectoire exacte est généralisé au cas des toupies asymétriques et appliqué à la simulation des coefficients d’élargissement de raies d’absorption infrarouge de C2H4-N2 à la température ambiante. Le bon accord des valeurs théoriques avec les mesures expérimentales permet de valider cette approche généralisée et de la considérer comme un outil de calcul performant pour les molécules si complexes que les toupies asymétriquesThis work is devoted to the analysis of the spectral line profiles of some molecules of atmospheric interest, with the aim of application to the optical diagnostic of the Earth’s and planetary atmospheres. More precisely, our theoretical and experimental study concerns the collisional broadening of these lines at various temperatures. Fits of the experimental lineshapes of N2O (502 et 602 GHz) and HC15N (172 GHz) colliding with various perturbers show a failure of the Voigt profile model for the description of these lineshapes as well as for the extraction of the collisional broadening. Two others profile models, the model of Galatry and the Speed-dependent Voigt profile, describe correctly the lineshapes and give very close collisional linewidth values; the analysis of the corresponding narrowing parameters is however clearly more favourable for the later model. The theoretical part of this work is focused on the simulation of the collisional line broadening by the semi-classical Robert-Bonamy formalism with exact trajectories. For the systems of small molecules like N2O-N2(O2), this formalism appears to be very efficient whereas for a long active molecule C2H2 it leads to much less sufficient results. Additional tests realised for the probe systems C2H2-Ar and C2H2-He with an alternative method – the purely classical approach of Gordon show a very important role of the rototranslational coupling taking place during molecular collisions and allow to attribute the disagreement of the semi-classical results with experience to the non-taking into account of this coupling in the framework of semi-classical approaches. After the applications to systems of linear molecules, the semi-classical formalism of Robert and Bonamy with exact trajectory is generalized to the case of asymmetric tops and applied to the simulation of infrared absorption linebroadening coefficients of C2H4-N2 at room temperature. The good agreement of theoretical and experimental values allows to justify this generalized approach and to consider it as a powerful computational tool for so complex molecules as asymmetric tops
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Parriaux, Alexandre. "Génération de peignes de fréquences par modulation électro-optique et applications." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. https://nuxeo.u-bourgogne.fr/nuxeo/site/esupversions/d741c734-bc90-4d7b-a8ba-66657dfe685d.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans cette thèse rapportent le développement d'un spectromètre à deux peignes de fréquences basé sur la modulation électro-optique d'un laser continu, ainsi que son utilisation pour la spectroscopie dans le proche et le moyen infrarouge.Depuis leur découverte dans les années 1960, les peignes de fréquences ont révolutionné le domaine de la physique, que ce soit en métrologie comme en spectroscopie, ce qui a valu le prix Nobel de physique en 2005. Dans ce dernier domaine d'applications, les spectromètres basés sur des peignes de fréquences demeurent toutefois relativement complexes à développer et à utiliser. Une possibilité pour pallier à ces désavantages est de concevoir le spectromètre à partir de modulateurs électro-optiques, ce qui rend le montage expérimental plus simple d'utilisation, notamment en raison de son caractère tout fibré et de l'absence de système d'asservissement.Les travaux effectués et rapportés dans cette thèse décrivent dans un premier temps la conception d'un spectromètre à deux peignes de fréquences à base de modulateurs électro-optiques. Nous verrons les avantages et inconvénients de cette technique, notamment pour les applications spectroscopiques, ainsi que les apports des phénomènes non-linéaires dans les fibres optiques pour améliorer le montage expérimental.Dans une seconde partie, nous verrons comment il est possible d'étendre les capacités d'analyses du spectromètre aux alentours de 2~µm, soit directement par modulation électro-optique adaptée, soit par conversion de fréquences dans des fibres optiques spécifiques. Enfin, dans une troisième partie, nous montrerons la possibilité d’étendre notre montage expérimental dans le moyen infrarouge grâce à l'utilisation de cristaux non-linéaires.Cette dernière extension dans un domaine spectral très propice à la spectroscopie nous permettra d'aborder des applications très particulières comme l'analyse de l'air expiré par le corps humainThe work presented in this thesis relates the development of a dual frequency comb spectrometer based on the electro-optic modulation of a continuous wave laser, and its utilisation for spectroscopic applications in the near- and mid-infrared.Since their discovery in the 1960s, frequency combs have revolutionised the physics, especially in metrology but also in spectroscopy, which lead to the Nobel Prize in Physics in 2005. In this domain of applications, dual frequency comb spectrometers are known to be complex to develop and use. A possibility to bypass these constraints is to build the spectrometer with electro-optic modulators. This particular architecture makes the experimental setup easy to use, thanks to the all-fibered feature and the lack of enslavement needed.In this manuscript, the work related describe first the architecture of a dual-comb spectrometer based on electro-optic modulators. We will see the advantages and disadvantages of the technique, especially for spectroscopic applications. We will also see the benefits of nonlinear phenomena in optical fibers to improve the experimental setup. Then, we show how the spectral range of the spectrometer can be extended around 2~µm, either by direct electro-optic modulation, or by frequency conversion in specific optical fibers.Finally, we will see the possibility to reach the mid-infrared by using nonlinear crystals. This last spectral extension will allow us to probe a spectral region highly suitable for spectroscopy, and hence to realise specific applications such as exhaled breath analysis
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Gilles, Clément. "Optique intégrée pour sources largement accordables moyen-infrarouge." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS009/document.
Full textAbstract:
Dans le moyen-infrarouge, les barrettes de lasers à cascade quantique sont d’un grand intérêt pour la réalisation de sources large bande intégrables dans les systèmes de spectroscopie laser. Une excellente finesse spectrale, la présence d’un seul mode spatial et une gamme d’accordabilité large sont ainsi rassemblées sur une seule puce, compacte et intrinsèquement stable. Afin de bénéficier de l’ensemble des longueurs d’onde sur une sortie unique, les défis majeurs résident dans l’association de technologies pour rassembler les différentes sorties en une seule via l’utilisation de circuits photoniques intégrés (CPI). Ce CPI peut être séparé en trois briques élémentaires : une filière de guidage passif, un combineur de longueurs d’onde et un coupleur actif/passif. Pour la mise-en-forme du faisceau, nous reportons la fabrication et la caractérisation de guides d’onde en InP/InGaAs/InP gravés profondément, avec des performances proches de l’état de l’art. Nous fabriquons et caractérisons des multiplexeurs basés sur des réseaux de diffraction intégrés, sur filière InP et SiGe. Un multiplexeur de 60-vers-1 voies couvrant la gamme de 7-8,5 µm est réalisé. Une méthode innovante mettant en œuvre des multiplexeurs inter-digités et fonctionnant sur trois ordres de diffraction est démontrée. Finalement, nous réalisons des barrettes de laser à cascade quantique sur InP et sur silicium. Un coupleur adiabatique est dimensionné, fabriqué et caractérisé pour associer efficacement les guides actifs et passifs. Des intégrations de types hétérogène et hybride sont envisagées, avec la première démonstration d’une source accordable utilisant une barrette de lasers et un multiplexeur InPIn the mid-infrared, arrays of distributed feedback quantum cascade lasers have been developed as a serious alternative to obtain extended wavelength operation range of laser-based gas sensing systems. Narrow-linewidth, single mode operation and wide tunability are then gathered together on a single chip with high compactness and intrinsic stability. In order to benefit from this extended wavelength range in a single output beam, the key challenge resides in the combination of different technologies to merge the output of different sources via the use of mid-IR photonic integrated circuits (PIC). The PIC can be split into three main blocks: the passive waveguide platform, the beam combiner and the active/passive coupler. For beam handling and guiding, we report fabrication and characterization of deeply etched InP/InGaAs/InP waveguides with state of the art performances. We fabricate and characterize multiplexers based on echelle and arrayed waveguide gratings on InP and SiGe platforms. A 60-to-1 spectral multiplexer operating in the 7-to-8.5 µm range is demonstrated. An advanced multiplexing scheme using interleaved and cross-order operations is also exposed. Finally, we realize quantum cascade laser arrays on InP and silicon. We design, fabricate and characterize an adiabatic coupler to efficiently and monolithically integrate active and passive waveguides. Heterogenous and hybrid integration are also considered with the demonstration of a tunable source using laser array and InP-based multiplexer
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Avoine, Amaury. "Etude optique de cristaux photoniques : opales et cavités 2D." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00671221.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse s'intéresse aux propriétés optiques de deux types de structures photoniques: les cavités de cristal photonique planaire et les opales, qui sont des cristaux photoniques à trois dimensions. Dans une première partie, les propriétés de résonances de cavités de type L3 sont étudiées à l'aide d'un dispositif original de spectroscopie de diffusion, qui permet une analyse des modes de cavité en polarisation et en longueur d'onde., ainsi que la détermination de leur facteur de qualité. Les résultats expérimentaux sont comparés à des calculs de FDTD 3D, avec un bon accord. Cette nouvelle méthode est appliquée à l'étude de l'influence de la géométrie de la cavité sur les modes, et met en évidence les paramètres à varier intéressants pour une ingénierie efficace de leurs propriétés. Dans une seconde partie, les propriétés de la bande interdite d'une opale sont étudiées par goniométrie optique. Les caractéristiques structurelles de l'échantillon sont déterminées par une méthode originale fondée sur l'étude du diagramme de bandes de l'opale. Ainsi, l'indice effectif de l'opale est déterminé par centrage de l'anticroisement expérimental au point K de la zone de Brillouin. L'accord avec les mesures ellipsométriques est satisfaisant.. Cette valeur de l'indice est capitalisée par l'interprétation de deux phénomènes mal compris dans la littérature jusqu'à présent: l'observation du pic de réflexion secondaire aux angles de détection spéculaire, et l'annulation du pic de réflexion de polarisation p aux angles proches de l'angle de Brewster.
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Ngo, Hoang Minh. "Propriétés optiques non linéaires de molécules et de nanoparticules métalliques pour la photonique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLN050/document.
Full textAbstract:
L’optique non linéaire est un outil très puissant pour l’étude des propriétés photoniques de molécules, de matériaux et de nanostructures. La taille et la forme des nanoparticules de métaux nobles (NMNPs) influencent fortement leurs propriétés optiques non linéaires du second ordre. Dans cette thèse, nous proposons une étude systématique de l'influence de la surface de nanoparticules sur leurs valeurs de première hyperpolarisabilité bêta. Des nanoparticules en poudre d’argent (de diamètres 7 nm) ainsi que des solutions colloïdales sur NMNPs -avec différentes compositions, tailles et formes -ont été synthétisés : des nanosphères d'argent (de diamètres 10 nm), des nanosphères d’or (de diamètres 3,0; 11,6; 15,8; 17,4; 20,0 et 43,0 nm), des nanobâtonnets d’or (de rapports d'aspect 1,47; 1,63 et 2,30), des nanobâtonnets d’argent (de rapports d'aspect 5,0; 6,3; 7,5; 8,2 et 9,7), des nanofleurs de platine (de diamètres 7,0; 8,0; 10,0; 14,0; 20,0 et 31,0 nm) ainsi que des nanoprismes d'or (d’une longueur de côtés de 47,5 à 112,3 nm). La diffusion harmonique de la lumière (HLS) à 1064 nm est utilisée pour étudier la génération du second harmonique des NMNPs colloïdaux, et d'en déduire leurs valeurs de première hyperpolarisabilité bêta. Pour les nanosphères et les nanorods étudiés dans ce travail, nous démontrons que leurs valeurs de bêta présentent une forte dépendance avec leur surface, qui est le paramètre dominant dans l'évolution des valeurs de bêta. Par ailleurs, la rugosité de la surface des particules ainsi que la forme des irrégularités des nanofleurs sont responsables de valeurs exceptionnellement élevées de bêta. En outre, nous démontrons expérimentalement, pour la première fois dans la littérature, que les valeurs de bêta des nanoprismes présentent non seulement une dépendance linéaire par rapport à la surface, mais sont également sensibles aux courbures des sommets du triangleNonlinear optics is well known to be a highly powerful tool to investigate the photonic properties of molecules, materials and nanostructures. Size and shape of noble metal nanoparticles (NMNPs) strongly influence their second-order nonlinear optical properties. In this PhD thesis, we propose a systematic investigation of the influence of the nanoparticle surface area on their first hyperpolarizability beta values. Powdery-silver nanoparticles (diameters 7 nm) and colloidal solutions on NMNPs with different composition, sizes and shapes have been synthesized, i.e. silver nanospheres (diameters 10 nm), gold nanospheres (diameters 3.0; 11.6; 15.8; 17.4; 20.0 and 43 nm), gold nanorods (aspect ratios 1.47; 1.63 and 2.30), silver nanorods (aspect ratios 5.0; 6.3; 7.5; 8.2 and 9.7), platinum nanoflowers (diameters 7.0; 8.0; 10.0; 14.0; 20.0 and 31.0 nm) and gold nanoprisms (edge length tuned from 47.5 to 112.3 nm). Harmonic light scattering (HLS) at 1064 nm is used to investigate the second harmonic generation from colloidal NMNPs, and to infer their first hyperpolarizability tensor beta. For the nanospheres and nanorods investigated in this work, we demonstrate that their beta values display a strong dependence with their surface area, which is the dominant parameter in the evolution of beta values. Otherwise, particle surface corrugation and shape irregularities of nanoflowers are responsible for exceptionally high beta values. Moreover, we report for the first time in the literature that the beta values of nanoprisms display not only a linear dependence with respect to the surface area, but are also sensitive to the sharpness of the triangle vertices
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Rolly, Brice. "Subwavelength photonic resonators for enhancing light-matter interactions." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4366.
Full textAbstract:
Les antennes optiques sont des structures qui permettent de convertir, dans les deux sens, l'énergie électromagnétique entre un faisceau lumineux et une source (ou un absorbeur) localisée en son sein. L'utilisation de résonateurs de taille inférieure à la longueur d'onde permet de réaliser cette fonction de manière efficace, sur une bande spectrale relativement étendue, et d'avoir une antenne compacte.La bonne connaissance des propriétés optiques de ces résonateurs, pris séparément, et de leurs couplages entre eux, est nécessaire pour pouvoir proposer des designs d'antenne efficaces.Dans cette thèse, en se basant sur la décomposition multipolaire des champs et sur la méthode de la matrice-T, on obtient des solutions analytiques rigoureuses pour des résonateurs sphériques et homogènes, dont on tire des modèles simplifiés, intuitifs, et proches de la solution exacte des équations de Maxwell.Entre autre résultats, ces modèles nous ont permis de proposer un design d'antenne optique compacte, directive, à taux de désexcitation et rendement quantique élevés en utilisant une structure hybride métal-diélectrique. Des collaborations avec des expérimentateurs ont permis de valider, d'une part les caractéristiques de chromophores auto-assemblés par ADN (S. Bidault à Paris), et d'autre part, la possibilité d'utiliser plusieurs résonances électriques et magnétiques combinées (supportées par des sphères diélectriques d'indice modéré, n=2,45) pour réfléchir ou bien collecter le rayonnement d'un émetteur dipôle électrique placé à proximité (expérience menée dans le régime micro-ondes par R. Abdeddaim et J-M. Geffrin)Optical antennas are structures able to convert, in both ways, electromagnetic energy between a light beam and a source (or absorber) placed in the structure. The use of sub-wavelength resonators enables one to realize this function in an efficient way, on relatively broad bandwidths, and to have a compact design. A good understanding of the optical properties of such resonators, taken individually, and of their couplings, is thus necessary in order to propose efficient optical antenna designs. In this manuscript, using a multipole decomposition of the fields and a T-matrix method, we obtain rigorous analytical solutions for spherical, homogeneous resonators, from which we deduce simplified, intuitive models that are still very close to the exact resolution of the Maxwell equations.Among other results, those models enabled us to propose a nanoantenna design that is at once compact, radiative and efficient, by using a hybrid metallo-dielectric structure. Some collaborations with experimental groups enabled us to validate, on the one hand, the optical characteristics of hybrid chromophores that are self-assembled using a DNA template (S. Bidault, Paris), and on the other hand, the possibility of using multiple combined electric and magnetic resonances (supported by dielectric spheres of moderate refractive index, n=2.45) in order to reflect, or more importantly collect, radiation coming from an electric dipole emitter placed nearby (the experiment was realized in the microwave regime by R. Abdeddaim and J-M. Geffrin)
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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.
Full textAbstract:
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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Ziebell, Melissa. "Transceiver optique en silicium pour les réseaux d'accès." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00873582.
Full textAbstract:
La photonique silicium est un domaine de recherche en plein expansion, visant à intégrer la photonique avec la microélectronique. Cette technologie est envisagée pour l'obtention de solutions bas-coûts dans le domaine des télécommunications optiques grâce à l'intégration de l'optique avec l'électronique de commande des composants. La réalisation d'un lien optique rapide pour transporter une information à haut débit nécessite le développement de blocs de base performants et compatibles avec la technologie CMOS. Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur le modulateur optique en silicium, pour les applications haut débit, de 10 à 40 Gbit/s. Les résultats présentés portent notamment sur la conception, l'optimisation, la fabrication et la caractérisation de ce composant. Le modulateur est basé sur un effet électroréfractif obtenu par déplétion des porteurs dans des structures de type PN et PIPIN pour obtenir une variation de phase de l'onde optique. La modulation d'intensité est ensuite obtenue par intégration de la région active dans un interféromètre Mach Zehnder ou un résonateur en anneau. Des simulations électriques, optiques et radiofréquences ont été menées sur les différents éléments du composant, afin de concevoir un dispositif pour les applications FTTH (Fiber To The Home), fonctionnant à 1,27 µm. Parmi les points clefs de ces études on peut noter l'optimisation des électrodes RF coplanaires réalisée grâce au développement d'un modèle électro-optique prenant en compte la propagation des ondes électriques et optiques dans la région active. Un procédé technologique compatible avec la filière CMOS a ensuite été mis en place et les masques nécessaires à la fabrication ont pu être dessinés en considérant les tolérances de fabrication et paramètres critiques. Enfin un grand nombre de résultats expérimentaux ont pu être obtenus, sur des composants conçus à l'IEF et fabriqués au CEA-LETI. On peut notamment retenir un modulateur Mach Zehnder fonctionnant à 40 Gbit/s utilisant une diode " PIPIN " pour réaliser la variation d'indice, et présentant un taux d'extinction de 7.5 dB pour des pertes de seulement 6 dB. Les futures optimisations des modulateurs, silicium visent à les intégrer avec l'électronique de commande, et à aller vers des formats de modulation plus complexes mais aussi plus performants que la modulation d'intensité sur 2 niveaux considérée jusqu'à présent.
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Colas, Des Francs Gérard. "PLASMONIQUE MOLÉCULAIRE : SPECTROSCOPIE SUR SURFACE MÉTALLIQUE ET MATÉRIAUX HYBRIDES POUR LA PHOTONIQUE INTÉGRÉE." Habilitation à diriger des recherches, Université de Bourgogne, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00437161.
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Ce document synthétise mes travaux de recherches sur la période 2002-2009. Les axes majeurs de mon activité portent sur le couplage de molécules avec des particules métalliques, supportant des modes plasmons (SPP) : - Microscopie et spectroscopie optiques en champ proche, - Relaxation moléculaire par couplage aux plasmons, en particulier, la possibilité de modifier les propriétés d'émission de molécules par couplage avec des structures métalliques, – Composants plasmoniques pour la photonique intégrée, où, à l'inverse, l'ingéniérie de matériaux optiques (polymères dop´es, non linéaire, . . .) permet de contrôler la propagation de SPPs le long de films métalliques. Finalement, je démontrerai que ces axes peuvent converger vers la notion d'antenne plasmonique, axe que je souhaite d´evelopper dans les prochaines ann´ees. A chaque fois que cela sera possible, je replacerai dans le contexte national ou international mon apport dans ces thématiques.
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Martin, Guillermo. "Systèmes spatialement photo-structurés à base de polymères pour l'optique non-linéaire et la photonique." Cachan, Ecole normale supérieure, 2003. http://www.theses.fr/2003DENS0021.
Full text
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Zheng, Xin. "Graded photonic crystal for silicon photonics." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPAST063.
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Les cristaux photoniques à gradient (CPG) permettent une ingénierie de leur indice effectif, ce qui offre de nouveaux degrés de liberté pour la conception de dispositifs photoniques. Ils s’appréhendent par l’optique à gradient d’indice (GRIN optics), qui décrit des milieux inhomogènes dans lesquels la lumière ne se propage pas rectilignement. Il est ainsi possible d’envisager tout profil d’indice. Les CPG sont donc particulièrement attractifs pour la miniaturisation des composants optiques, notamment en photonique sur Silicium. Ils sont fondés sur la variation d’un paramètre de la maille élémentaire du cristal photonique (CP); ici, c’est le facteur de remplissage qui varie afin que l’indice effectif du CPG réalise le profil d’indice souhaité. Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel des CPG en concevant des dispositifs à gradient d’indice sur la "plateforme" Silicium sur isolant (SOI) aux longueurs d’onde pour les télécommunications. C’est la chaine complète qui va de la conception à la caractérisation du dispositif, en passant par la simulation et la fabrication, qui est mise en œuvre. Nous nous sommes principalement concentrés sur deux instruments typiques de l’optique à gradient d’indice : la lentille de Mikaelian et le Half Maxwell Fish Eye (HMFE). Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode d’approximation de l’indice effectif adaptée à la "plateforme" SOI, que nous avons validée en concevant une lentille de Mikaelian (à profil d’indice sécante hyperbolique). Pour de tels dispositifs, il faut en effet tenir compte de deux indices effectifs : celui du mode guidé dans la couche de Silicium et celui du CP. Dans cette méthode, l’indice effectif du CP est d’abord calculé pour remplacer l’indice de la couche du mode guidé ; puis l’indice effectif de cette couche est calculé. Les résultats de simulation obtenus au moyen d’un logiciel commercial (méthode FDTD) montrent que la lentille ainsi conçue satisfait les prévisions analytiques, contrairement à ce que donnent les méthodes couramment utilisées. Nous l’avons alors appliquée au HMFE. Les dispositifs ont ensuite été fabriqués en salle blanche par lithographie par faisceau d’électrons (EBL) et par gravure plasma (ICP). Les différents CPG fabriqués consistent en des trous d’air répartis périodiquement dans la couche de Silicium, dont le diamètre minimal est d’environ 40 nm. Puis, ils ont été caractérisés en deux temps, notamment par microscopie en champ proche (SNOM). L’épaisseur de ces dispositifs est de quelques longueurs d’onde (3 ou 5 λ_0 environ), tandis la largeur de leur tâche focale est proche de la limite de diffraction (0.5 λ_0 environ). Ils fonctionnent sur une plage de longueurs d’onde de 150 nm environ. Les résultats de la lentille de Mikaelian ont été utilisés pour développer un convertisseur de taille de mode (taper) effectif sur quelques longueurs d’onde. Il est dix fois plus court qu’un convertisseur classique. Dans cette thèse, nous montrons aussi comment il est possible d’interpréter la propagation de l’onde EM dans ces composants à gradient d’indice sur "plateforme" SOI au moyen du principe de l’interféromètre multimode. En se propageant, les différents modes accumulent une différence de phase, qui se traduit par un battement qui modifie la distribution du champ EM, conduisant à la focalisation. La longueur caractéristique de ce battement est égale à la distance focale. Tous ces dispositifs sont étudiés pour s’intégrer dans des circuits de photonique intégréeGradient photonic crystals (GPhCs) enable the engineering of their effective index, opening up new degrees of freedom in photonic device design. They can be understood through gradient index optics (GRIN optics), which describe inhomogeneous media in which light does not propagate along straight paths. This makes it possible to consider any index profile. This makes GPhCs particularly attractive for the miniaturization of optical components, especially in silicon photonics. They are based on the variation of a parameter of the photonic crystal elemental cell (PhC); here, the filling factor is varied so that the effective index of the GPhC achieves the desired index profile. The aim of this thesis is to explore the potential of GPhCs by designing graded-index devices on the Silicon-On-Insulator (SOI) "platform" at telecom wavelengths. The complete chain from design to device characterization, including simulation and manufacturing, is implemented. We focused on two typical gradient index optics instruments: the Mikaelian lens and the Half Maxwell Fish Eye (HMFE). In this thesis, we propose a new effective index approximation method for the SOI "platform", which we have validated by designing a Mikaelian lens (with a hyperbolic secant index profile). For such devices, two effective indices need to be taken into account: that of the guided mode in the Silicon layer and that of the PhC. In this method, the effective index of the PhC is first calculated to replace the index of the guided mode layer; then the effective index of this layer is calculated. Simulation results obtained using commercial software (FDTD method) show that the lens designed in this way satisfies the analytical predictions, contrary to the results obtained with commonly used methods. We then applied it to HMFE.The devices were then fabricated in the cleanroom by electron beam lithography (EBL) and plasma etching (ICP). The individual GPhCs consisted of periodically distributed air holes in the Silicon layer, with a minimum diameter of around 40 nm. They were then characterized in two stages, notably by near-field microscopy (SNOM). These devices are only a few wavelengths thick (approx. 3 or 5 λ_0), while their focal spot width is close to the diffraction limit (approx. 0.5 λ_0). They operate over a wavelength range of around 150 nm. The Mikaelian lens results have been used to develop a mode size converter (taper), which is effective over a few wavelengths. It is ten times shorter than a conventional converter. In this thesis, we also show how it is possible to interpret EM wave propagation in these graded-index components on the SOI platforms using the multimode interferometer principle. As they propagate, the different modes accumulate a phase difference, resulting in a mode beat that modifies the EM field distribution, leading to focusing. The characteristic length of this mode beat is equal to the focal length. All these devices are studied for integration into integrated photonics circuits
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Gomez, Martin Laura. "Paramètres d'élargissement collisionnel des raies de molécules d'intérêt atmosphérique en spectroscopie Raman inversé." Besançon, 2007. http://www.theses.fr/2007BESA2024.
Full textAbstract:
L'influence de l'activité humaine sur l'atmosphère est un sujet de préoccupation essentiel à l'échelle de la planète. Pour tenter d'analyser la situation et ses conséquences, le diagnostic spectroscopique de la température et de la concentration dans les milieux en combustion ou dans l'atmosphère permet de sonder les milieux de façon on intrusive et nécessite une connaissance la plus précise possible des paramètres collisionnels des molécules présentes dans ces milieux. La molécule d'azote est naturellement la molécule la plus étudiée. Ce travail est consacré à une étude approfondie des largeurs de raies collisionnelles des systèmes moléculaires N2-H2 et N2 pur en spectroscopie ro-vibrationnelle Raman isotrope. .The consequences of human activities on the atmosphere are one of the actual subjects of preoccupation. To analyse the situation, optical diagnostic of temperature and molar concentrations remains one of the most interesting technique to study in details combustion media or atmospheric systems. This technique needs a very precise knowledge of collisional parameters for all molecules present in the investigated systems. The nitrogen molecule is often the most studied molecule due to its presence in the atmosphere. This work is devoted to a refined study of collisional line widths of N2-H2 and pure N2 molecular systems by ro-vibrational isotropic Raman spectroscopy. .
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Sabac, Andrei. "Etude, réalisation et caractérisation d'un microinterféromètre de Mach-Zehnder intégré sur membrane silicium active." Besançon, 2004. http://www.theses.fr/2004BESA2059.
Full textAbstract:
Nous présentons ici une synthèse des résultats de travaux concernant l'étude, la réalisation et la caractérisation d'un micro-interféromètre de Mach-Zehnder intégré sur membrane silicium active. [. . . ] La motivation et la philosophie de ce projet partent du constat que la nature hétérogène des microsystèmes et la miniaturisation croissante des composants élémentaires rendent leur comportement fonctionnel dépendant des paramètres de fabrication, exigeant ainsi le développement de nouvelles méthodes de mesure non destructives et démontrant l'efficcacité de méthodes optiques. Nous nous sommes ici intéressés à une méthode intégrée pouvant assurer la caractérisation à long terme "in situ" d'une membrane silicium active PZT. Pour cela nous avons mis au point une filière de dépôts par PECVD de couches minces en oxynitrures de silicium (SiON) avec des propriétés optiques, mécaniques et chimiques bien établies. Les matériaux ainsi obtenus ont été ensuite utilisées à la fabrication des guides optiques destinés dans la réalisation d'un microinterféromètre de Mach-Zehnder intégrable avec la membrane active piézoélectrique. . .
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Castaldini, Davide. "Study, fabrication and characterization of segmented waveguides for advanced photonic components on Lithium Niobate." Nice, 2007. http://www.theses.fr/2007NICE4028.
Full text
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Mytskaniuk, Vasyl Iuriyovych. "Endoscopie non-linéaire : instrumentation et applications." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0553/document.
Full textAbstract:
Nous présentons le développement d’un endoscope non-linéaire à balayage distal utilisant une fibre creuse à la courbure négative et présentant une double gaine. L’endoscope flexible développé présente un diamètre de 2.2 mm, permet d’imager un champ de vue de 300 x 300 um, à la cadence de 8 images par seconde. Il permet d’acquérir des images CARS, 2 photons et SHG sur des tissus biologiques. Nous démontrons son potentiel sur divers échantillons de tissus murins et humains. Nous avons également réussi à faire de l'imagerie sans marquage (CARS) sur la moelle épinière d'une souris vivante. Ainsi que l'activité neuronale du cerveau d'une souris vivante dont des neurones marquées avec de la GFP. Nous sommes convaincus que cet appareil présentera des solutions pertinentes et innovatives pour la diagnostique médicaleWe present the development of a fiber-based, scanning-tip endoscope for nonlinear imaging. The flexible endoscope developed in the framework of this thesis, has an outer diameter of 2.2 mm. The innovation of the technology lies in its high scanning speed (8 frames/second) and large field-of-view (FOV>300 microns). The miniaturized endoscope enables high resolution coherent anti-Stokes Raman (CARS), 2photon fluorescence and second harmonic generation (SHG) imaging contrasts. We show the potential of the endoscope to image different biological samples and specimens with and without endogenous labeling. We have obtained CARS images of fresh, label-free human colon ex-vivo and SHG images of collagen from rat tail tendon. Finally, we managed to perform in-vivo imaging of calcium flow indicators from hippocampal neurons labeled with Green Fluorescent Protein (GFP). We are convinced that this imaging device will have a strong impact on biomedical imaging
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Blanchet, Florian. "Photonique Josephson : génération & amplification micro-ondes en régime quantique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY078/document.
Full textAbstract:
La photonique Josephson est un domaine récent de la physique à la croisée entre l’électrodynamique quantique en circuit et le blocage de Coulomb dynamique. Elle explique et étudie la possibilité pour une paire de Cooper de traverser une jonction Josephson polarisée en tension par effet tunnel inélastique, en dissipant la différence de potentiel électrique aux bornes de la jonction sous forme de photons émis dans l’environnement électromagnétique de la jonction.Cette thèse s’arrête sur deux aspects de la photonique Josephson:• La possibilité de contrôler la statistique des photons émis dans l’environnement, en particulier Générer des photons non-classiques;• La possibilité de stimuler l’émission de photons, ce qui permet d’Amplifier avec un bruit ajouté à la limite quantique.Pour fonctionner ces dispositifs ne demandent qu’une simple tension continue servant à polariser la jonction Josephson. A terme ces dispositifs pourraient simplifier certaines mesures quantiques en remplaçant avantageusement des dispositifs micro-ondes existants plus difficiles à utiliser.Nous avons étudié nos dispositifs avec deux théories, la théorie P(E) et celle liant les flux de photons entrant et sortant, pour en tirer les caractéristiques de fonctionnement de nos dispositifs : taux d’émission, gain, bruit, bande passante, point de compression. Les dispositifs expérimentaux mesurés sont réalisés en nitrure de niobium en créant un environnement électromagnétique répondant à nos besoins. La possibilité de contrôler les processus photoniques que l’on veut en réalisant l’environnement électromagnétique adapté laisse la porte ouverte à de futures dispositifs : divers sources non-classiques, amplificateurs large bande, détecteurs de photonsThe recent field of Josephson photonics is about the interplay between circuit quantum electrodynamic and dynamical Coulomb blockade. It explains and studies the ability of a Cooper pair to inelasticity tunnel through a DC-biased Josephson junction by dissipating the Cooper pair energy in the electromagnetic environment of the junction in the form of photons.This thesis focuses on two aspects of the Josephson photonics:• Control over the statistics of the emitted photons with focus on Generation of non-classical photons;• Stimulated emission of photons leading to Amplification with added noise at the quantumlimit.These devices are powered with a simple DC voltage used to biased the Josephson junction. Such devices can be a new solution in a frequencies range where only few simple alternative solutions are now available.We have studied our devices with two theories, P-theory and input output theory, to derive working characteristics of our devices : Photon rate, gain, noise, bandwidth, compression point. The measured samples are made of niobium nitride and the electromagnetic environment of the junction is engineered to fulfil our needs. The possibility to select the photonic processes at will by engineering the electromagnetic environment permits to imagine further devices: other types of sources, wideband amplifiers, photon detectors
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Reig, Benjamin. "Vers l'intégration monolithique d'une micro-optique polymère active sur VCSELs." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1501/.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse portent sur la conception et la réalisation d'un nouveau type de MOEMS (Micro-Optical-Electrical-Mechanical System) pour le contrôle actif du faisceau laser émis par des matrices de VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers). Afin d'améliorer l'intégration de ces diodes lasers dans les systèmes de communication et de détection optiques (instrumentation, biomédical), nous avons en effet conçu et réalisé un microsystème à base de polymères compatible avec une intégration monolithique sur VCSELs. Il est composé d'une microlentille réfractive associée à une membrane suspendue, dont le déplacement vertical permet de modifier dynamiquement la distance microlentille-source. La géométrie du MOEMS a été optimisée à l'aide de simulations optiques pour la propagation du faisceau gaussien et thermo-mécaniques pour l'actionnement de la membrane. Nous avons développé l'ensemble des briques technologiques pour la fabrication collective de ce dispositif sur VCSELs. En particulier, plusieurs voies ont été évaluées pour assurer l'alignement optimal de la microlentille avec la source laser. L'étude du vieillissement de la résine SU-8 exploitée pour ces études a été également menée. Enfin, la caractérisation des microsystèmes réalisés a conduit à l'obtention de déplacements mécaniques de 8 µm pour 3V appliqués, correspondant à une modification de la position du plan de focalisation de la lentille de 20µm, ce qui valide nos modélisations et démontre l'intérêt de l'approche proposéeThis thesis deals with the study and the development of novel polymer MOEMS (Micro Optical Electrical Mechanical Systems) for Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) passive and active beam shaping. To improve the photonic integration of these compact laser sources in optical communication and detection systems (sensors, biomedical analysis), we have designed and fabricated a polymer-based microsystem suitable for a monolithic integration on VCSELs. It includes a refractive microlens deposited onto a suspended membrane that is moved vertically to modify dynamically the microlens-source distance. MOEMS design has been optimized by means of numerical modeling of Gaussian laser beam propagation as well as of membrane thermo-mechanical actuation. Technological steps for collective fabrication on VCSELs arrays have been developed. In particular, several methods for microlens optimal alignment relatively to the laser source have been investigated. SU-8 reliability resist has been also studied. Finally, fabricated MOEMS have been characterized. A vertical displacement of 8µm has been achieved under 3V applied, in good agreement with modeling results. This corresponds to a shift of lens focal plane of 20µm, thus demonstrating the interest of our approach