Literatura académica sobre el tema "Dispositif photonique"

Nous présentons ici le logiciel open source ONELAB de modélisation numérique par la méthode des éléments finis pour les applications photoniques. Nous illustrons à l’aide de quelques exemples une bibliothèque évolutive de modèles paramétrables couvrant une large gamme de dispositifs rencontrés en nanophotonique. Celle-ci permet d’aborder facilement la simulation d’applications réalistes tout en permettant au spécialiste de développer ses propres modèles avancés.

Les besoins en matière d'analyse moléculaire portative sont croissants, comme dans le cadre de la médecine d'urgence, le dépistage médical précoce, ou encore le contrôle sanitaire des denrées alimentaires. Ces besoins mènent au développement de biocapteurs performants répondant aux critères du « Point-of-Care » (POC), c'est-à-dire la détection sur le lieu d'intervention, que ce soit au chevet du patient, dans un cabinet de médecin, etc. Les capteurs POC ont pour fonction principale de réduire le coût et la durée nécessaire aux analyses, afin d'être en mesure de prendre une décision thérapeutique la plus rapide. De plus, grâce à leur mobilité ils permettent de proposer des analyses médicales dans les zones éloignées des centres hospitaliers et des laboratoires d’analyses. L'objectif de cette thèse est de développer un dispositif de détection optique compatible avec les critères du POC et permettant de répondre aux besoins en matière de criblage moléculaire dans ce type d’analyses. Afin de répondre à ces critères, ce dispositif devra être portable, rapide, bas-coût, et capable de détecter plusieurs biomolécules en parallèle avec une puce jetable, tout en présentant de bonnes performances de détection. L'approche présentée dans ce manuscrit consiste en un dispositif d'imagerie sans lentille, utilisant une puce de cristaux photoniques en silicium, avec une illumination en incidence normale par une source lumineuse bas-coût. Les résultats phares de cette thèse sont d’une part la démonstration d’une détection spécifique de biomolécules à l'aide de nos capteurs à cristaux photoniques, et d’autre part la démonstration de puces à cristaux photoniques intégrant une fonction de spectrométrie pour une application de détection en imagerie sans lentille compatible avec les critères du POC
The needs for portable molecular analysis tools are growing, including in the fields of emergency care, early medical diagnosis, or food safety analysis. These needs lead to the development of performant biosensors, meeting the criteria of “Point-of-Care” (POC), that is, the detection in the field, whether at the patient’s place, the physician’s office, etc. POC sensors’ primary missions are to reduce the analysis time and cost, to allow for a quicker therapeutic decision. In addition, thanks to their portability, they can provide analysis availability in remote areas, far from hospitals or medical laboratories. The objective of this PhD work is to develop an optical sensing system, compatible with the POC criteria, and addressing the needs in terms of molecular screening. To meet these criteria, this sensing system should be portable, fast, low-cost, and able to detect multiple biomolecules in parallel on a disposable chip, while providing good sensing performances. The approach presented in this manuscript consists in a lens-less imaging system, exploiting photonic crystals on a silicon chip, with a normal incidence illumination by a low-cost light source. The main results of this PhD work are on one hand the demonstration of a specific detection of biomolecules, thanks to our photonic crystal sensors; and on the other hand the demonstration of the integration of an on-chip spectrometry functionality using photonic crystals, towards an application in lens-less imaging detection compatible with the POC criteria

Le troisième Plan Cancer lancé en 2013 désigne la précocité du diagnostic comme l'un des enjeux majeurs pour l'amélioration de la prise en charge des patients. Malgré l’essor des modalités et des performances de l’imagerie médicale, il reste des défis à relever pour l’aide au diagnostic et optimiser le recourt à la biopsie.L’imagerie photonique et spécialement la fluorescence résolue spectralement a déjà été éprouvée pour la caractérisation ex vivo des tumeurs mammaires et pulmonaires, sans agent de contraste ou traitement des échantillons. Notre objectif est de caractériser les capacités d'un dispositif médical innovant, développé au laboratoire, utilisant une aiguille fibrée de faible calibre pour l’analyse spectrale de la fluorescence endogène de ces lésions in situ. Nos premiers travaux dans le cadre d’études précliniques et cliniques ont montré des différences significatives de signatures spectrales entre tumeurs bénignes et malignes ex vivo et in vivo. Nos résultats ont également mis en évidence les limites d’utilisation du dispositif, en termes de spécificité, pour certains types de lésions.Une étude secondaire a été entreprise sur des tumeurs mammaires afin d'identifier les entités tissulaires majeures à l'origine des signatures spectrales obtenues avec notre dispositif fibré. L'imagerie spectrale en microscopie confocale et seconde harmonique (SHG), en multiphoton, ont été mises en œuvre afin d’établir une cartographie de biomarqueurs endogènes des tissus mammaires. Nous avons confronter ses résultats aux données obtenues avec le dispositif d'aiguille fibrée afin de pouvoir le positionner non seulement comme une aide au diagnostic mais aussi comme une méthode prometteuse pour l’histopathologie in situ
The third Cancer Plan, launched in 2013, identifies early diagnosis as one of the major challenges for improving patient care. Despite the growth in medical imaging modalities and performance, challenges remain in diagnosis aid and optimizing the use of biopsy.Photonic imaging and especially spectrally resolved fluorescence has already been tested for the ex vivo characterization of breast and lung tumors, without contrast agent or sample processing. Our goal is to characterize the capabilities of an innovative medical device, developed in the laboratory, using a low-caliber fibered needle for the spectral analysis of the endogenous fluorescence of these lesions in situ. Our early work in preclinical and clinical studies showed significant differences in spectral signatures between benign and malignant tumors ex vivo and in vivo. Our results also highlighted the limits the device, in terms of specificity, for certain types of lesions.Another study was conducted on mammary tumors in order to identify the major tissue entities at the origin of the spectral signatures obtained with our fibered device. Spectral imaging in confocal and second harmonic microscopy (SHG), in multiphoton, has been implemented in order to establish a mapping of endogenous biomarkers of mammary tissues. We compare its results with the data obtained with the fibered needle device in order to position it not only as an aid to diagnosis but also as a promising method for in situ histopathology

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 nm
Since 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

La simulation numérique est couramment utilisée pour étudier le comportement d’un composant et optimiser sa conception. Pour autant, chaque calcul est souvent coûteux en termes de temps et l’optimisation nécessite de résoudre un grand nombre de fois le modèle numérique pour différentes configurations du composant. Une solution actuelle pour réduire le temps de calcul consiste à remplacer la simulation coûteuse par un métamodèle. Des stratégies sont ensuite mises en place pour réaliser l’optimisation du composant à partir du métamodèle. Dans le cadre de cette thèse, trois dispositifs représentatifs des applications pouvant être traitées au sein du CEA LETI sont identifiés. L’étude de ces cas permet d’établir deux problématiques à résoudre. La première concerne la métamodélisation multi-fidélité, qui consiste à construire un métamodèle à partir de deux simulations du même composant ayant une précision différente. Les simulations sont obtenues à partir de différentes approximations du phénomène physique et aboutissent à un modèle appelé haute-fidélité (précis et coûteux) et un modèle basse fidélité (grossier et rapide à évaluer). Le travail sur cette méthode pour le cas de la cellule photoacoustique a amené au développement d’un nouveau métamodèle multifidélité basé sur les fonctions à base radiale. La deuxième problématique concerne la prise en compte des incertitudes de fabrication dans la conception de dispositifs photoniques. L’optimisation des performances de composants en tenant compte des écarts observés entre la géométrie désirée et la géométrie obtenue en fabrication a nécessité le développement d’une méthode spécifique pour le cas du coupleur adiabatique
Numerical simulation is widely employed in engineering to study the behavior of a device and optimize its design. Nevertheless, each computation is often time consuming and, during an optimization sequence, the simulation code is evaluated a large number of times. An interesting way to reduce the computational burden is to build a metamodel (or surrogate model) of the simulation code. Adaptive strategies are then set up for the optimization of the component using the metamodel prediction. In the context of this thesis, three representative devices are identified for applications that can be encountered within the CEA LETI optics and photonics department. The study of these cases resulted in two problems to be treated. The first one concerns multifidelity metamodeling, which consists of constructing a metamodel from two simulations of the same component that can be hierarchically ranked in accuracy. The simulations are obtained from different approximations of the physical phenomenon. The work on this method for the case of the photoacoustic cell has generated the development of a new multifidelity surrogate model based on radial basis function. The second problem relate to the consideration of manufacturing uncertainties in the design of photonic devices. Taking into account the differences observed between the desired geometry and the geometry obtained in manufacturing for the optimization of the component efficiency requires the development of a particular method for the case of the adiabatic coupler. The entire work of this thesis is capitalized in a software toolbox

Les matériaux artificiellement structurés que sont les cristaux photoniques sont couramment utilisés pour leurs propriétés dispersives. Leur constante diélectrique varie périodiquement à l'échelle de la longueur d'onde selon deux ou trois directions avec un contraste d'indice suffisamment élevé. La relation de dispersion ω = ω(k) qui résulte de cette variation périodique a la forme d'une structure de bande à l'intérieur de laquelle il existe des bandes interdites photoniques où la propagation du champ électromagnétique est interdite. En dehors de ces bandes, i.e. dans les bandes photoniques, se trouvent les propriétés de dispersion des cristaux photoniques.Le but de ce travail de thèse est de concevoir, de fabriquer et de caractériser des dispositifs à cristal photonique à gradient. Ces dispositifs ont été conçus de façon à s'appliquer dans les domaines allant des micro-ondes à l'optique. Nous avons conçu des dispositifs à partir de cristaux photoniques dont les propriétés dispersives les rendent analogues à des milieux linéaires, homogènes et isotropes (LHI). À la maille élémentaire de ces cristaux photoniques LHI, nous avons appliqué un gradient pour réaliser des lentilles à gradient 1D. Des résultats importants concernant la conception, la fabrication et la caractérisation expérimentale d'une lentille plate à gradient d'indice fonctionnant dans la bande X des micro-ondes sont reportés. Celle lentille focalise une onde plane incidente et collimate l'onde émise par une source ponctuelle situés dans son plan focal. Si cette lentille constitue en soi un démonstrateur et valide la démarche mise en œuvre pour la concevoir, ses applications potentielles concernent particulièrement les antennes. Nous réalisons également plusieurs lentilles à gradient 2D dont des lentilles de Lüneburg et Half Maxwell Fisheye; leurs applications aux antennes sont importantes. Nous nous intéressons aussi à la réalisation de lentilles optiques à gradient d'indice dites « SELFOC® ». Dans le but de confirmer les propriétés dispersives remarquables qui ont été mises en évidence, nous avons poursuivi dans ce sens en revisitant une expérience classique qui met en évidence l'existence des ondes évanescentes : celle du « double prisme à angle droit ». Nous mettons également en évidence le phénomène de « réflexion totale frustrée » ainsi que le décalage, découvert par Goos et Hänchen, que subit l'onde réfléchie sur le dioptre. Ce sont ces deux points — réflexion totale frustrée et effet Goos-Hänchen — que nous vérifions dans le cas de cristaux photoniques LHI
Artificially structured materials that are photonic crystals are commonly used for their dispersive properties. Their dielectric constant varies periodically across the wavelength in two or three directions with a sufficiently high index contrast. The resulting dispersion relation ω = ω(k) of the periodic variation has the form of a band structure within which there are photonic bandgaps in which the propagation of the electromagnetic field is prohibited. Outside of these bands, i.e. in the photonic band, there are the dispersion properties of the photonic crystals.The aim of this thesis is to design, fabricate and characterize graded photonic crystal devices. These devices were designed to be applied in areas ranging from microwaves to optics. We designed devices from photonic crystals with dispersive properties which make them similar to linear, homogeneous and isotropic media (LHI). In the unit cell of the LHI photonic crystal, we applied a gradient to achieve 1D graded lenses. Important results regarding the design, manufacturing and experimental characterization of a flat lens GRIN operating in X-band microwaves are deferred. This lens focuses an incident plane wave and collimates the wave emitted by a point source located in its focal plane. If this lens is itself a demonstrator and validates the approach implemented for the design, its potential applications particularly concern antennas. We also carry several 2D graded lenses including Lüneburg and Half Maxwell Fisheye lenses; their applications to the antennas are important. We are also interested in making optical graded index lenses called "SELFOC®".In order to confirm the remarkable dispersive properties that have been identified, we continued in that direction by revisiting a classic experiment that highlights the existence of evanescent waves: the "double right angle prism". We also highlight the phenomenon of "frustrated total internal reflection" and the shift discovered by Goos and Hänchen suffered by the reflected wave on the interface. It's these two points – frustrated total internal reflection and Goos-Hänchen effect - that we check in the case of LHI photonic crystals

La création d 'un microsystème d'analyse biochimique, capable de livrer des diagnostics préliminaires sur la quantification d'éléments pathogènes, est un défi multidisciplinaire ayant un impact potentiel important sur la majorité des activités humaines en santé et sécurité. En effet, un dispositif intégré, peu dispendieux et livrant des résultats facilement interprétables, permettrait une vulgarisation des capacités de biodétection à travers différents domaines d'applications sociétaires et industriels. Le présent document se concentre sur l'intégration monolithique d'une méthode de biocaractérisation dans le but de générer un transducteur miniaturisé et efficace, élément central d'un microsystème de détection. Le projet de recherche ici présenté vise l'étude de l'applicabilité d'un capteur plasmonique intégré par l'entremise de nanostructures semi-conductrices aux propriétés quantiques et luminescentes. L'approche présentée est globale; c'est-à-dire qu'on vise à répondre aux questions fondamentales impliquant la compréhension des phénomènes photoniques, le développement et la fabrication des dispositifs, les méthodes de caractérisations possibles ainsi que l'application d'un transducteur SPR intégré à la biodétection. En d'autres termes : dans quelles circonstances et comment un transducteur plasmonique intégré doit-il être réalisé pour l'application à la détection délocalisée d'éléments pathogènes? Dans le but d'engendrer un instrument simple à l'échelle de l'usager, l'intégration de la connaissance à l'échelle du design est donc effectuée. Ainsi, des capteurs plasmoniques monolithiques sont conçus à l'aide de modèles théoriques ici présentés. Un instrument de mesure hyperspectrale conjuguée permettant de cartographier directement la relation de dispersion des plasmons diffractés a été construit et testé. Cet instrument est employé à la cartographie d'éléments de diffusion. Finalement, une démonstration du fonctionnement du dispositif, appliquée à la biocaractérisation d'événements simples, tels que l'albumine de sérum bovin et la détection d'une souche spécifique d'influenza A est livrée. Ceci répond donc à la question de faisabilité d'un nanosystème plasmonique applicable à la détection de pathogènes.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet qui porte sur la mise au point d’une filière technologique à base silicium poreux en nanophotonique et en particulier pour des applications en détection chimique ou biologique. Dans ce cadre, l’un des verrous technologiques est la micro- ou nanostructuration dans le plan du Si poreux afin de réaliser des cristaux photoniques 1. 5D, 2D ou 2. 5D. Ceci permettrait d’accroître de manière significative la sensibilité de détection. L’objectif de cette thèse vise à lever ce verrou en mettant au point la technologie de nanostructuration du Si poreux afin de réaliser ces cristaux photoniques. Tout d’abord, les méthodes expérimentales sur la fabrication et caractérisation du silicium poreux ont été étudiées. Ensuite, nous avons présenté le cœur de ce travail, à savoir : l’étude de la gravure plasma du silicium poreux et la mise en place de la technologie pour la nanostructuration. Les études ont porté sur des échantillons de forte (75%) et faible porosité (35%). Les cinétiques de gravures ont été étudiées, et une stratégie originale pour surmonter le problème de gravure RIE de substrat isolant est présentée. Enfin, nous avons présenté l’aboutissement de ce travail : la réalisation et la caractérisation optique d’un dispositif à cristal photonique à base de la technologie développée dans cette thèse. Cette réalisation expérimentale constitue la validation des travaux effectués dans cette thèse. Nous montrerons que cette approche a permis la réalisation de résonateur photonique très sensible à l’environnement
Porous silicon is a very interesting material for biosensing applications : 1. It is a biocompatible material, 2. Its huge specific surface enhanced by many orders of magnitude the sensibility, 3. The refractive index could be easily and continuously tuned over a wide range. All these reasons make this material suitable for photonic devices. In a previous work, it has been shown that simple multiplayer devices could be used to realize a surface wave sensor that is by a least one order of magnitude more sensitive to equivalent surface plasmon devices. In this thesis, we want to go a step further by using photonic crystal structures. Using such structure, it is expected to increase the sensitivity and to realize more compact devices. However, etching a photonic crystal structure on porous silicon is a real technological challenge. The aim of this work is to confront this challenge

L'augmentation du trafic de transmission de données impose des innovations. Une solution envisagée est le multiplexage en longueur d'onde (WDM). Les dispositifs à bande interdite photonique (BIP) se prêtent avantageusement à la mise en œuvre de cette technique, puisqu'ils ne nécessitent aucune consommation d'énergie. Leur fabrication en technologie polymère fait l'objet de cette étude. La première partie de ce travail fait le point sur les structures de bandes et les densités d'états électroniques dans la bande de valence des milieux organiques, dont il est fait usage pour les applications. La partie suivante est consacrée à la compréhension des phénomènes physiques liés à la notion de cristal photonique, selon les modèles de : Yablonovitch et John. Ensuite est développée la théorie des ondes planes, utilisée dans la mise au point du programme permettant de réaliser des simulations des structures BIP. La 4ème partie traite du calcul et de la fabrication d'une machine à faisceau d'ions focalisé, au diamètre minimum de 10nm, utilisée pour graver les polymères. La dernière partie expose les conditions de gravures de réseaux diffractifs 2D dans du PMMA ou du CR39 aux dimensions précédemment calculées
. The increase in the data transmission traffic imposes innovations. A solution considered is the Wavelenght Demultiplexing Method (WDM) Devices with photonic band gap lend themselves advantageously to the implementation of this technique, since they do not require any consumption of energy. Their manufacture in polymeric technology is the subject of this study. The first part of this work gives a progress report on the bands structures and on the electronic Valence Band Density Of State (VBDOS) of the organic materials use. The following part is devoted to comprehension of the physical phenomena related to the concept of crystal photonic, according to the models of : Yablonovitch and John. Then the theory of the plane waves expansion is developped and used to compute the photonic band gap structures. The 4th part is about the calculation and the manufacture of a focused ion beam machine, with a minimum beam diameter of 10nm, used to etch polymers. The last part exposes the conditions to etch 2D diffractive lattice in PMMA and CR39 according to the previously calculated dimensions

La photonique quantique intégrée promet d'amener l'optique quantique vers un dispositif pratique. L'objectif principal de ce domaine est d'atteindre une intégration évolutive pour diverses applications, notamment l'informatique quantique, la simulation, la communication et la détection. Dans un circuit quantique, des photons, qui portent l'état quantique, sont générés, manipulés à l'aide de composants linéaires et non linéaires, puis détectés. L'objectif de cette étude doctorale est de contribuer au développement de sources de lumière non classique efficaces et évolutives, pour la génération d'intrication, de photons uniques et d'états comprimés. À cette fin, nous introduisons une nouvelle classe de sources basée sur des résonateurs à cristaux photoniques (PhC) et nous démontrons des performances à l'état de l'art en termes d'efficacité et de « footprint ». Les cavités PhC ont été envisagées pour l'optique quantique sans toutefois atteindre des performances suffisantes. Par conséquent, les micro-disques et anneaux ont été couramment utilisés comme sources pour la photonique quantique intégrée.Encouragés par la démonstration des premières oscillations paramétriques optiques (OPO) utilisant une cavité à cristaux photoniques, nous avons exploré l'application potentielle de cette technologie dans le domaine de l'optique quantique. En dessous du seuil, l'OPO génère des paires de photons corrélées grâce à un processus paramétrique spontané, en particulier le mélange à quatre ondes spontané. Les OPO sont couramment utilisés pour générer des paires de photons intriqués et des états « squeezés ». Il est crucial que la cavité contienne trois modes equi-espacés qui correspondent aux fréquences des photons en interaction, car cela garantit une efficacité maximale.Deux géométries de cavités à cristaux photoniques ont été considérées : Nanobeam et Bichromatic, toutes deux constituées de phosphure d'indium-gallium. Le principal résultat est la génération ultra-efficace de paires de photons corrélés dans le temps. Cela confirme nos attentes fondées sur le seuil ultra-bas de l'OPO. En tenant compte de l'état de l'art, nous montrons que l'efficacité est proportionnelle au volume d'interaction dans la cavité. Par conséquent, l'origine de l'efficacité très élevée réside dans le volume très réduit des cavités à cristaux photoniques. De plus, cela implique également une « footprint » réduite sur la puce, ce qui favorise la « scalabilité ». Nous avons ensuite caractérisé davantage les propriétés des photons générés, notamment l'intrication temps-énergie, l'émission de photons uniques annoncés et l'émission de paires de photons en régime pulsé, une étape essentielle vers la démonstration de l'intrication dit « time-bin ». De plus, des étapes préliminaires ont été entreprises pour générer des états comprimés à deux modes. En outre, nous avons également étudié la dynamique classique au-dessus du seuil OPO en échantillonnant son espace de paramètres grâce à des mesures effectuées sur un grand nombre de dispositifs. Cela nous a permis d'établir une condition pour le fonctionnement de l'OPO, en accord avec un modèle mettant en avant le rôle limitant de l'absorption non linéaire. Nous avons également mis en évidence des instabilités potentielles dans le fonctionnement de l'OPO. Enfin, nous avons commencé à aborder la question de la « scalabilité » en réalisant une analyse statistique sur plus de 650 cavités afin d'étudier l'impact des tolérances de fabrication.Ainsi, nous avons démontré des sources quantiques à base de cavités à cristaux photoniques avec un niveau exceptionnel d'efficacité. Cela suggère une nouvelle approche prometteuse pour le développement de sources évolutives au sein des circuits quantiques intégrés
Quantum integrated photonics promises to bring quantum optics into a practical device. The primary objective of this area is to achieve scalable integration for various applications, including quantum computing, simulation, communication, and sensing. In a quantum circuit, photons, which are carriers of the quantum state, are generated, manipulated with linear and nonlinear components, and detected. The goal of this doctoral study is to contribute to the development of efficient and scalable sources of non-classical states of light, e.g: entanglement, single photons, and squeezing. To this purpose, we introduce a novel class of sources based on photonic crystal (PhC) resonators, and we demonstrate state-of-the-art performance in terms of efficiency and footprint. PhC cavities have been considered for quantum optics without, however, achieving remarkable performances. Therefore, micro-disks and rings have been commonly used as sources for integrated quantum photonics. Encouraged by the successful demonstration of the first Optical Parametric Oscillations (OPO) using a PhC cavity, we explored the potential application of this technology in the field of quantum optics. Below the threshold, OPO generates correlated photon pairs through a spontaneous parametric process, specifically spontaneous Four-Wave Mixing (SFWM). In particular, OPOs have been commonly utilized for generating entangled photon pairs and squeezed states. It is crucial that the cavity contains three equispaced modes that match the frequencies of the interacting photons, as this ensures maximum efficiency. Two geometries of PhC cavities have been considered: Nanobeam and Bichromatic, both made of Indium Gallium Phosphide. The main result is the ultra-efficient generation of time-correlated photon pairs. This confirmed our expectations based on the ultra-low threshold of the PhC OPO. Considering the state-of-the-art, we show that efficiency scales with the interaction volume in the cavity. Therefore, the origin of the very large efficiency is the very small volume of the PhC cavities. Moreover, this also implies a much-reduced footprint on the chip, which helps scalability. We have further characterized the properties of the generated photons, in particular time-energy entanglement, heralded single photons, and the emission of photon pairs in time-bins, an essential step towards demonstrating time-bin entanglement. Additionally, preliminary steps towards the generation of two-mode squeezed states have been undertaken. Besides, we have also considered the classical dynamics above OPO threshold by sampling its parameter space by performing measurements on a large number of devices. This allowed us to set a condition for OPO operation in agreement with a model highlighting the limiting role of non-linear absorption. We also revealed potential instabilities in the OPO operation. Finally, we started to address the question of scalability by performing a statistical analysis of over 650 cavities to study the impact of fabrication tolerances. So, we have demonstrated PhC cavity quantum sources with an exceptional level of efficiency. This suggests a promising new approach for the development of scalable sources within quantum integrated circuits