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Tesis sobre el tema "Dispositif photonique"
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Gaignebet, Nicolas. "Réalisation et caractérisation de puces de capteurs à cristaux photoniques : Vers un dispositif de biodétection intégré". Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI128.
Texto completoResumen
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 POCThe 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
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Toullec, Alexis. "Dispositif d’aiguille fibrée pour la spectroscopie de fluorescence endogène de lésions mammaires et pulmonaires ex vivo et in vivo ; vers le développement d'une méthode d’ histopathologie in situ". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS154/document.
Texto completoResumen
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 situThe 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
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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.
Texto completoResumen
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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Durantin, Cédric. "Métamodélisation et optimisation de dispositifs photoniques". Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4036/document.
Texto completoResumen
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 adiabatiqueNumerical 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
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Gaufillet, Fabian. "Cristaux photoniques à gradient : dispositifs et applications". Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112295.
Texto completoResumen
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 LHIArtificially 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
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Lepage, Dominic. "Dispositifs semi-conducteurs pour biodétection photonique et imagerie hyperspectrale". Thèse, Université de Sherbrooke, 2012. http://hdl.handle.net/11143/6626.
Texto completoResumen
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.
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Meneghini, Chiara. "Dispositifs photoniques plans à base de verres chalcogénures". Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2000. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/ftp03/NQ51264.pdf.
Texto completo
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Li, Cheng. "Nouvelle filière nanotechnologique sur silicium poreux : Application à des dispositifs photoniques". Lyon, INSA, 2010. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2010ISAL0033/these.pdf.
Texto completoResumen
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’environnementPorous 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
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Pialat, Elodie. "Le Micro-usinage de dispositifs polymères à bande interdite photonique par faisceau d'ions". Limoges, 2004. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/221048f5-8cc4-493d-9156-e51b053adce6/blobholder:0/2004LIMO0010.pdf.
Texto completoResumen
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
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Chopin, Alexandre. "Photonic crystal sources of non-classical states of light". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP079.
Texto completoResumen
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 intégrésQuantum 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
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Touraton, Marie-Léonor. "Epitaxie directe de semiconducteurs III-V sur substrat de silicium pour dispositifs photoniques". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT010.
Texto completoResumen
De par la demande croissante de performance en termes de transmission de données, la photonique sur silicium est devenue un nouveau paradigme. Cependant, d’autres domainesd’applications, comme la biophotonique et les systèmes autonomes de conduite pour n’enciter que deux profitent de cette approche. Afin de répondre à cette demande de circuits àinterconnexions optiques intégrées ce travail de thèse montre la possibilité d’intégrer unesource optique directement sur une plateforme silicium. Les briques technologiques rendantpossible l’intégration de sources lumineuses, émettant du rouge à la bande L, par épitaxiesélective sur silicium ont été étudiées. L’intégration de divers matériaux III-V sous forme derubans est donc démontrée pour diverses gammes de longueur d’onde. Une première versionde composants de type diodes ruban à injection électrique sur substrats GaAs et silicium ontété fabriqués et caractérisés pour une émission dans la zone rouge du spectreDue to the increased demand for performance in terms of data transmission, silicon photonicshas become a new paradigm. However, other fields of applications, such as biophotonicsand autonomous driving systems for instance, take advantage of this approach. In order tomeet this demand for circuits with integrated optical interconnections, this work shows thepossibility of integrating an optical source directly on a silicon platform. The technologicalbricks enabling the integration of light sources, emitting from the red region of the spectra tothe L band, by selective epitaxy of various III-V materials is studied. The integration of III-Vmaterials stacks in the form of ridges is therefore demonstrated for various wavelength ranges.A first version of electrically pumped components, here ribbon diodes, on GaAs and siliconsubstrates were manufactured and characterized
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Nguyên, Lâm Duy. "Contribution à l'étude d'un oscillateur opto-électronique micro-ondes : applications fondées sur une variation de sa fréquence". Cachan, Ecole normale supérieure, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00763289.
Texto completoResumen
L'oscillateur optoélectronique (OEO) introduit en 1994 par S. Yao et L. Maleki fut le premier oscillateur microondes incorporant une fibre optique très longue afin d'obtenir une très haute qualité spectrale. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur des applications de l'OEO, un domaine encore peu exploré. L'idée directrice est d'étudier des variations contrôlées de la fréquence d'oscillation et de montrer la faisabilité d'applications correspondantes. Deux possibilités sont abordées ici pour modifier la phase du signal et donc la fréquence d'oscillation. La première consiste à modifier le chemin optique global du système. Après avoir montré la sensibilité du système à une modification de la longueur de boucle, nous avons appliqué ce principe à la mesure de l'indice de réfraction de diverses solutions chimiques avec une précision estimée à cinq millièmes environ. Des améliorations sont possibles et doivent permettre de gagner un ordre de grandeur. Dans la deuxième méthode le signal optique en sortie de la fibre est divisé en deux voies a priori équivalentes. En imposant une variation de l'amplitude du signal dans un des chemins il est possible lors de la recombinaison électronique de modifier la phase globale. Une technique utilisant un amplificateur optique à semi-conducteur conduit à la réalisation d'un OEO contrôlé en tension ; une modulation de fréquence permettant de travailler jusqu'à un indice de modulation d'environ 5,4 est alors mise en œuvre. Une deuxième technique fondée sur un circulateur optique terminé par un interféromètre à fibre permet, grâce à une compensation des effets thermiques, de mesurer par exemple le coefficient d'absorption d'un liquideThe optoelectronic oscillator (OEO) proposed for the first time in 1994 by S. Yao and L. Maleki was the first microwave oscillator including a very long optical fiber and leading to a very high spectral quality. In this thesis we have focused our work on the possible applications of the OEO, a domain which is still not widely explored. The main idea is to study controlled variations of the oscillation frequency and to show the feasibility. Of corresponding applications. Two possibilities will be developed in order to act on the signal phase shift and hence on the oscillation frequency. The first one is based on a change of the global optical path of the system. After showing the sensitivity of the system to a variation of the loop length, we have applied this principle for measuring of the refractive index of some chemical solutions leading to an estimated accuracy of five to one thousand. Improving this first realization could lead to gain one magnitude order. For the second method, the optical signal at the output of the fiber is divided into two equivalent parts. By setting a variation of the signal amplitude in one of these two paths it is possible to change the global phase shift after the electronic combining. The first technique is based on a semi-conductor optical amplifier leading to the realization of a voltage controlled OEO whose properties are underlined by implementing a frequency modulation with a modulation index up to 5. 4. The second technique is based on using a circulator terminated by an optical fiber interferometer. With a compensation of the thermal effects it is possible to measure for example the absorption coefficient of some liquids
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Abel, Stefan. "Dispositifs électro-optiques à base de titanate de baryum épitaxié sur silicium pour la photonique intégrée". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENT004/document.
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En premier lieu, des couches minces épitaxiales ont été obtenues sur des substrats de silicium grâce à l’utilisation de l’épitaxie par jets moléculaire et de couches tampons de titanate de strontium SrTiO3. Une technique de croissance par co-déposition a été développée de manière à obtenir un rapport Ba:Ti proche de la stoechiométrie, et ce afin d’éviter la formation de défauts cristallins dans la couche de BaTiO3. Le matériau déposé cristallise dans une structure de symétrie quadratique, ce qui est unpré-requis pour l’obtention de propriétés électro-optiques. De plus, selon les conditions de croissance, l’axe c de la maille élémentaire quadratique a pu être ajusté de manière à être aligné parallèlement ou perpendiculairement à la surface du substrat. L’utilisation d’une mince couche tampon de nucléation a également permis de croitre des films mincesBaTiO3 épitaxiées par pulvérisation, technique largement répandue en milieu industriel.Un coefficient de Pockels élevé a par la suite été obtenu sur de tellescouches épitaxiées. La valeur mesurée de 148pmV est clairement supérieure aux valeurs admises dans la littérature pour d’autres matériaux nonlinéairestels que le niobate de lithium, pour lequel un coefficient de31pmV est rapporté. La méthode de caractérisation électro-optique développée à cette occasion révèle également le caractère ferroélectrique des couches de BaTiO3, observé pour la première fois dans de tels matériaux épitaxiés sur silicium.Finalement, ces couches minces électro-optiquement actives ont été intégrées dans des dispositifs photoniques sur silicium. Dans cette optique,une structure de guide d’onde à fente a été utilisée en insérant 50nm deBaTiO3 entre deux couches de silicium. Dans ce type de structure, le confine mentoptique est 5 fois supérieur à celui obtenu pour des guides d’onde en silicium avec une gaine à base de BaTiO3. Des guides d’ondes rectilignesont tout d’abord été fabriqués, pour lesquels des pertes optiques del’ordre de 50−100 dB/cm ont été mesurées. Par la suite, des composants passifs fonctionnels ont été fabriqués, tels que des interféromètres typeMach-Zehnder, des résonateurs circulaires et des coupleurs. Finalement,la fonctionnalité de composants actifs a été démontrée pour la première fois, en se basant notamment sur des résonateurs ayant un facteur de qualité Q d’environ 5000, et pour lequel la résonance varie en fonction du champ électrique transverse. L’origine physique de cette variation n’a cependant pas pu être expliquée sur la seule base de l’effet Pockels. Cette thèse démontre que l’utilisation de nouveaux matériaux électro optiquement actifs au coeur de dispositifs photoniques sur silicium créede nouvelles opportunités pour la conception et l’ingénierie de circuitsphotoniques. L’intégration d’oxydes tels que barium titanate permet d’envisager de nouveaux concepts de dispositifs pour ajuster, moduler ou commuter la lumière au sein de circuits photoniques denses. De nouveaux défis et perspectives s’ouvrent également aux scientifiques pour modifier artificiellement les propriétés électro-optiques de ces matériaux, que ce soit par contrainte, dopage ou par l’ingénierie de multicouches. De telles avancées pourront sans aucun doute fortement améliorer les performances des dispositifsA novel concept of utilizing electro-optical active oxides in silicon photonic devices is developed and realized in the frame of this thesis. The integration of such oxides extends the silicon photonics platform by non-linear materials, which can be used for ultra-fast switching or low-power tuning applications. Barium titanate is used as active material as it shows one of the strongest Pockels coefficients among all oxides. Three major goals are achieved throughout this work: First, thin films of BaTiO3 are epitaxially grown on silicon substrates via molecular beam epitaxy (MBE) using thin SrTiO3 buffer layers. A shuttered co-deposition growth technique is developed in order to minimize the formation of defects in the BaTiO3 films by achieving a 1:1 stoichiometry between barium and titanium. The layers show a tetragonal symmetry and are therefore well-suited for electro-optical applications. The orientation of the long c -axis of the BaTiO3 crystal can be tuned to point perpendicular or parallel to the film surface, depending on the growth conditions. In addition, thin MBE-grown seed layers are combined with rf-sputter deposition. With this hybrid growth approach, rather thick ( > 100 nm), epitaxial BaTiO3 layers on silicon substrates are obtained with a commercially available, wide spread deposition technique. As a second goal, a strong Pockels coefficient of reff = 148 pm/V is determined in the epitaxial BaTiO3 films. This first experimental result on the electro-optical activity of BaTiO3 layers on silicon shows a clear enhancement compared to alternative non-linear materials such as lithium niobate with reff = 31 pm/V. By means of the electro-optical characterization method, also the presence of ferroelectricity in the films is demonstrated. Third, the electro-optical active BaTiO3 layers are embedded into silicon photonic devices. For this purpose, a horizontal slot-waveguide structure with a ~50 nm-thick BaTiO3 film sandwiched between two silicon layers is designed. With this design, the optical confinement in the active BaTiO3 layer is enhanced by a factor of 5 compared to Si-waveguide structures with a standard cross section and BaTiO3 as cladding. Straight BaTiO3 slot-waveguides with propagation losses of 50 − 100 dB/cm as well as functional passive devices such as Mach-Zehnder-interferometers, couplers, and ring resonators are experimentally realized. Additionally, first active ring resonators with Q-factors of Q~5000 are fabricated. The physical origin of the observed resonance shift as a function of the applied bias voltage, however, can not be conclusively clarified in the present work. The combination of high-quality, functional BaTiO3 layers with silicon photonic devices as demonstrated in this thesis offers new opportunities by extending the design palette for engineering photonic circuits with the class of electro-opticalactive materials. The integration of oxides such as BaTiO3 enables novel device concepts for tuning, switching, and modulating light in extremely dense photonic circuits. The integration also opens exciting challenges for material scientists to tailor the electro-optical properties of those oxides by strain engineering or fabrication of superlattice structures, which could ultimately lead to another boost of their electro-optical properties
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Itawi, Ahmad. "Dispositifs photoniques hybrides sur Silicium comportant des guides nano-structurés : conception, fabrication et caractérisation". Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112363/document.
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Le contexte de cette thèse couvre les dispositifs photoniques hybrides III-V sur silicium. L’étude porte sur l’intégration par collage de matériau à base d'InP sur le silicium, puis la conception d’un guide optique comportant une nanostructuration qui permettra la sélection en longueur d’onde dans un laser DFB hybride. Enfin, on étudie les étapes technologiques de fabrication d’un laser hybride injecté électriquement fonctionnant dans le domaine spectral 1.55µm, et on caractérise les dispositifs. Pour associer les matériaux III-V sur Si, nous avons développé le collage sans couche intermédiaire que l’on nomme collage hétéroépitaxial ou oxide-free. Ce collage est reporté dans la littérature comme présentant une meilleure qualité électrique. Nous avons établi les conditions de préparation permettant d’obtenir des surfaces parfaitement désoxydées, et les conditions de recuit conduisant à une interface hybride sans oxyde et sans dislocation. Mais ce recuit est réalisé à température assez élevée (~450-500°C). Nous avons alors développé le collage avec une fine couche intermédiaire d’oxyde réalisé à plus faible température -300°C- qui présente l'avantage d'être compatible avec la technologie CMOS. Nous avons étudié différentes approches pour élaborer et activer une couche d’oxyde très fine (~3nm), de façon à obtenir une surface collée sans zones localement non collées. Le collage est dans les deux cas réalisé sous vide dans un équipement de type Bonder Suss SB6e. La qualité structurale de l’interface a été observée par STEM et la qualité mécanique du joint de collage a été caractérisée par indentation. Une méthode originale de mesure quantitative et locale de l’énergie du joint de collage a été développée. La qualité optique des couches collées a été étudiée par la mesure de la photoluminescence de puits quantiques placés proches du joint d’interface. En conséquence du collage sans couche intermédiaire ou avec une couche très fine, le design du mode optique est de type double-cœur, qui ne nécessite pas de taper. Le guide optique Si est de type shallow ridge, le confinement latéral étant assuré par un matériau nanostructuré à une période sub-longueur d’onde. Ce matériau fonctionne comme un matériau effectif uniaxe pour lequel on a calculé les indices optiques ordinaire et extraordinaire selon la géométrie de la nanostructuration. On peut rajouter sur cette nanostructuration une super-périodicité qui conduit à un fonctionnement sélectif en longueur d’onde. Le comportement modal du guide est simulé à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics, le comportement spectral est simulé par FTDT 3D. Nous avons validé la pertinence de ce design en mesurant la transmission de guides hybrides. Ce design sera inclus dans un laser et permettra d’obtenir une émission monofréquence de type DFB. Nous avons développé les étapes technologiques nécessaires à la fabrication d’un laser hybride à base d'InP sur Silicium fonctionnant en injection électrique. Nous avons mis en oeuvre de nombreuses techniques, et développé plusieurs procédés spécifiques, en particulier, des procédés de gravure sèche de type Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE pour la gravure de la nanostructuration dans le silicium, et pour la gravure du mésa du laser. La présence des 2 matériaux III-V et Si dans le dispositif hybride rend ces étapes complexes. Les premiers résultats peuvent être améliorés en optimisant la technologie des contacts. Un design permettant de s’affranchir de la pénalité thermique présenté par tous les dispositifs ayant les 2 contacts électriques du coté du matériau III-V a été proposé, exploitant le passage du courant à l’interface hybride III-V / Si, ce qui est possible dans le cas du collage oxide-free. Cette approche ouvre des perspectives d’intégration au-delà de la photoniqueThis work contributes to the general context of III-V materials on Silicon hybrid devices for optical integrated functions, mainly emission/amplification at 1.55µm. Devices are considered for operation under electrical injection, reaching performances relevant for data transfer application. The main three contributions of this work concern: (i) bonding InP-based materials on Si, (ii) nanostructuration of the Si guiding layer for spatial and spectral control of the guided mode and (iii) technology of an hybrid electrically injected laser, with a special attention to the thermal budget. Bonding has been investigated following two approaches. The first one we call heterohepitaxial or oxide-free bonding, is performed without any intermediate layer at a temperature ~450°C. This approach has the great advantage allowing electrical transport across the interface, as reported in the literature. We have developed oxide-free surface preparation for both materials, mainly InP-based layers, and established bonding parameter processing. An in-depth STEM and RX structural characterization has demonstrated an oxide-free reconstructed interface without any dislocation except on one or two atomic layers which accommodate the large lattice mismatch (8.1%) between InP and Si. Photoluminescence of quantum wells intentionally grown close to the interface has shown no degradation. We have also developed an oxide-based bonding process operated at 300°C in order to be compatible with CMOS processing. The original ozone activation of the very thin (~5nm) oxide layer we have proposed demonstrates a bonding surface without any unbonded area due to degassing under annealing. We have developed an original method based on nanoindentation characterization in order to obtain a quantitative and local value of the surface bonding energy. Related to the absence or to the very thin intermediate layer between the two materials, our modal design is based on a double core structure, where most of the optical mode is confined in the Si guiding layer, and no taper is required. The Si waveguide on top of the SOI stack is a shallow ridge. A nanostructured material on both sides of the waveguide core ensures the lateral confinement, the nanostructuration geometry being at a sub-wavelength period in order to operate this material well below its photonic gap. It behaves as an uniaxial material with ordinary and extraordinary indices calculated according to the structuration geometry. Such a structuration allows modal and spectral control of the guided mode. 3D modal and spectral simulation have been performed. We have demonstrated, on a double-period structuration, a wavelength selective operation of hybrid optical waveguides. Such a double-period geometry could be included in a laser design for DFB operation. This nanostructuration has larger potential application such as coupled waveguides arrays or selective resonators. We have developed all the technological processing steps for an electrically injected hybrid laser fabrication. Main developments concern dry etching, performed with the Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE technique of both the nanostructuration of the Silicon material, and the mesa of the hybrid laser. Efficient electrical contacts fabrication is also a complex step. First lasers operating performances could be improved. We have investigated a specific design in order to overcome the thermal penalty encountered by all the hybrid devices. This penalty is due to the thick buried oxide layer of the SOI stack that prevents heating related to the current flow to be dissipated. Taking advantage of the electrical transport we have shown at the oxide-free interface, we propose a design where the n-contact is defined on the guiding Si layer, suppressing thermal heating under electrical operation. Such an approach is very promising for densely packed hybrid devices integrated with associated electronic driving elements on Si
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Hijazi, Khalil. "Contribution à l’optimisation du couplage Erbium – Nanograins de silicium pour des dispositifs photoniques compacts". Caen, 2009. http://www.theses.fr/2009CAEN2056.
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L’étude porte sur des matériaux semi-conducteurs nanostructurés dopés à l’erbium, innovants et compatibles avec la technologie du Si pour développer des dispositifs photoniques tels que les guides d’onde, les amplificateurs optiques, et les lasers. Ces dispositifs sont destinés à l’augmentation du débit des communications optiques dans le réseau métropolitain (amplificateur planaire), mais aussi à favoriser l’association des fonctions microélectroniques et photoniques sur une même plaquette (source). De telles applications sont rendues possibles en utilisant les effets bénéfiques de la présence des nanograins de silicium dans une couche de silice dopée à l’erbium. En effet, suite à une excitation par un faisceau laser, le nanograin de silicium dans son état excité transfère efficacement son énergie aux ions erbium qui ensuite se désexcite en émettant un photon à 1,54 mu. M qui est la longueur d’onde standard des télécommunications. Grâce à ce couplage Si-Er, la section efficace effective de l’ion erbium est augmentée de 4 à 5 ordres de grandeur, ce qui est promoteur pour les applications susmentionnées. Le travail de ma thèse a donc consisté à fabriquer des couches minces Si-SiO2-Er par co-pulvérisation magnétron confocale et à optimiser le couplage Si-Er. Pour cela les effets de différents paramètres de dépôt sur la microstructure et les propriétés optiques des couches minces déposées ont été analysés pour aboutir au final à un taux d’ions Er3+ couplé aux nanograins de Si d’environ 30%. Des dispositifs optiques et électriques ont été testés en fin de thèseThis study focuses on the erbium doped nanostructured semi-conductors materials, innovative and compatible with the Si technology to develop photonic devices such as waveguide, optical amplifiers, and laser. The development of such devices is linked to the enhancement of the optic communications rate in the metropolitan network, but also to promote microelectronic and photonic functions on the same chips. Such applications are made possible due to the beneficial effects of silicon nanoclusters in erbium doped silica layer. After an excitation by a beam laser, the silicon nanocluster in its excited state transfers efficiently its energy to the surrounding erbium ions, for which the desexcitation is followed by the emission of photon at 1. 54 mu. M. This later is the standard wavelength of the telecommunications. Thanks to this coupling Si-Er, the effective excitation cross section of Er ions is increased by about five orders of magnitude. Such an effect is a promoter for the applications mentioned above. This work has therefore consisted in fabricating Er doped-Si-SiO2 thin layers by RF confocal magnetron co-sputtering and in the optimization of the Si-Er coupling. The effects of the deposition parameters on the microstructure and the optical properties of the deposited layers have been deeply studied. At the end, I succeeded to couple 30% of the Er ions to Si nanoclusters. Optical and electrical devies have been tested and studied
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Kusiaku, Koku. "Micro-dispositifs accordables pour la conversion de fréquences optiques". Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00777701.
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L'absence de source continue monochromatique Térahertz (THz) appropriée constitue un handicap majeur pour le développement des applications associées à cette gamme de longueur d'ondes. En effet, les technologies électroniques et optiques actuelles ne permettent de couvrir qu'une part réduite du spectre électromagnétique THz (0,3-10 THz). Dans ce contexte, la conversion de fréquences optiques, et plus précisément le photo -mélange, est une voie prometteuse pour la génération de signal THz de haute pureté spectrale sur toute la fenêtre du spectre THz. Le photomélange consiste à pomper un dispositif optoélectronique ultrarapide par deux signaux lasers dont les fréquences sont séparées par quelques THz (0,3 à 5 THz). Dans ce travail, nous proposons un nouveau micro-résonateur photonique bifréquence à cavité verticale et monolithique pour la réalisation de source laser bifréquence pour le photomélange. Ce nouveau résonateur est basé sur le couplage de deux résonateurs photoniques, un cristal photonique membranaire résonant d'une part et une cavité Fabry Pérot verticale d'autre part, accordés spectralement, pour réaliser un composant bifréquence. Le couplage optique résultant de l'association de ces deux éléments permet la génération de deux modes hybrides dont la différence de fréquence peut être ajustée en fonction du taux de couplage et donc de la position du cristal photonique dans le micro-résonateur. Le présent travail de thèse porte sur la conception, la fabrication de ce nouveau dispositif bifréquence et son application à la réalisation d'une source laser bi-mode semiconductrice fonctionnant à 1.55dm.
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Sara, Rahmani. "Fabrication et caractérisation de dispositifs photoniques en verre hybride synthétisé par voie de sol-gel". Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1998. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/tape15/PQDD_0011/MQ38708.pdf.
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Salomoni, David. "Ecriture toute optique de dispositifs spintroniques". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALY008.
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L'évolution de la mémoire des ordinateurs conduit à plusieurs niveaux des applications, potentielles mariant vitesse, densité de stockage et coût. À mesure que les limites des mémoires CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) approchent, l'intérêt pour les alternatives non volatiles telles que la mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM) grandit.Dans la quête d'une mémoire plus rapide et plus efficace, la technologie de commutation tout-optique (AOS) cherche à réaliser le retournement de l'aimantation par une écriture ultrarapide à faible énergie avec une seul impulsion laser femto- ou picoseconde.Cette thèse a pour objectif d'utiliser des dispositifs AOS comme éléments mémoire MRAM. Les matériaux étudiés sont des systèmes multicouches de métaux de transition et terres rares, notamment les structures à base de Tb/Co. Grâce à une combinaison d'études expérimentales et de simulations numériques, nous avons élucidé la dynamique complexe de HI-AOS (écriture indépendante de l'helicité de l'impulsion laser) et l'avons utilisée pour développer des jonctions tunnel magnétiques AOS (AOS-MTJ) de taille nanométrique.L'étude de HI-AOS dans des multicouches de métaux de transition et terres rares a démontré le renversement fiable de l'aimantation, en explorant la réponse à différentes durées d'impulsion et à différentes fluences. Parmi les nouveaux résultats clés, on peut citer notamment l'observation d'anneaux concentriques avec des orientations magnétiques altérantes et l'indépendance de la fluence par rapport à la durée de l'impulsion.Le développement d'un modèle de macrospin, incorporant les principes du modèle à deux températures (2TM), explique le mécanisme de commutation par précession observé dans le système multicouche à base de Tb/Co. Les simulations révèlent une dynamique influencée par des paramètres tels que l'amortissement de Gilbert, l'angle d'inclinaison de l'anisotropie et le facteur de qualité Q. Les simulations atomistiques valident également les prédictions du modèle, soulignant l'importance des effets de l'aimantation et de l'anisotropie en fonction de la température dans le processus HI-AOS.Pour envisager des applications pratiques est nécessaire la fabrication et la caractérisation électrique des dispositifs MTJ. L’optimisation des valeurs de magnétorésistance tunnel (TMR), atteignant une valeur maximale de 74%, représente une amélioration significative par rapport aux démonstrations précédentes. La principale réalisation de la thèse a été la démonstration d'un retournement HI-AOS sans champ externe sur des dispositifs p-MTJ [Tb/Co] de 100 nm de diamètre, en utilisant des impulsions laser de 50 fs avec une énergie absorbée estimée à environ 68,6 fJ par bit. Ces études contribuent non seulement à notre compréhension du HI-AOS, mais ouvre également des pistes de recherche à l'avenir. Les prospectives pour les orientations futures comprennent l'utilisation de modèles atomistiques et LLB pour une compréhension plus complète, l'exploration de matériaux alternatifs au-delà du Tb/Co, l'étude de la commutation déterministe à l'aide du couple de transfert de spin, et l’investigation de la variabilité des dispositifs.La thèse propose une exploration complète de HI-AOS, de ses mécanismes fondamentaux à ses applications pratiques dans le domaine du stockage de données non volatiles et de la microélectronique à faible consommation d'énergie. Les valeurs optimisées de la TMR et la démonstration réussie de l'AOS dans des dispositifs nanométriques constituent un premier pas vers une nouvelle technologie mémoire. L'utilisation de méthodes expérimentales et simulées renforce l'importance des résultats obtenus pour les progrès futurs dans ce domaine.En résumé, cette recherche doctorale a non seulement élargi nos connaissances sur la commutation tout-optique indépendante de l'hélicité, mais a également posé les bases d'applications innovantes dans le domaine des technologies numérique à l'échelle nanométriqueThe evolution of computer memory has led to a multilevel hierarchy, balancing speed, storage density, and cost. As Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) memory limits are approached, interest grows in nonvolatile alternatives like Magnetic Random Access Memory (MRAM). Although perpendicular spin transfer torque (p-STT-MRAM) is already in production, alternative technologies such as spin orbit torque (SOT) are explored for high-speed and fast cache operation. However, SOT has drawbacks, such as a larger bit-cell area and the need for an applied magnetic field for deterministic switching. In the pursuit of faster, more efficient memory, all-optical switching (AOS) technology seeks to achieve magnetization reversal through energy-efficient ultrafast writing with single-femtosecond laser pulses.This Ph.D. thesis addresses the objective of merging helicity-independent HI-AOS with MRAM devices. The materials investigated are rare-earth transition-metal multilayer systems, with a particular focus on Tb/Co-based structures. Through a combination of experimental investigations and numerical simulations, we unraveled the intricate dynamics of HI-AOS and used them to develop functional nanometer-sized AOS Magnetic Tunnel Junctions (AOS-MTJs). These results not only deepen our understanding of HI-AOS but also explore its applications in non-volatile data storage and energy-efficient computation at the nanoscale.The exploration of HI-AOS in thin films of rare-earth transition metal multilayer systems lays the foundation for reliable magnetization toggle reversal, exploring the response to different pulse durations and fluences. Key new findings include the observation of concentric rings with opposite magnetic orientations and the independence of fluence on pulse duration, challenging existing paradigms. A hypothesis emphasizing the role of local anisotropy decrease that favors a precessional type of HI-AOS is introduced.The development of a macrospin model, incorporating Two-Temperature Model (2TM) principles, explains the precession-driven switching mechanism observed in the Tb/Co-based multilayer system. Simulations reveal dynamics influenced by parameters such as Gilbert damping, anisotropy tilt angle, and the quality factor Q. Atomistic simulations further validate the model's predictions, emphasizing the significance of temperature-dependent magnetization and anisotropy effects in the HI-AOS process.Practical applications require the fabrication and electrical characterization of MTJ devices. Optimization of Tunnel Magnetoresistance (TMR) values, reaching a maximum value of 74%, a significant improvement over previous demonstrations. The thesis main achievement was demonstrating field-free HI-AOS on 100 nm diameter patterned [Tb/Co] p-MTJ devices, using 50 fs laser pulses with an estimated absorbed energy of approximately 68.6 fJ per bit reversal. The research not only contributes to our understanding of HI-AOS but also opens future research paths. Recommendations for future directions include using atomistic and LLB models for a more comprehensive understanding, exploring alternative materials beyond Tb/Co, investigating deterministic switching using Spin Transfer Torque, and addressing device variability challenges.The thesis offers a comprehensive exploration of HI-AOS, from its fundamental mechanisms to practical applications in nonvolatile data storage and energy-efficient computation. The optimized TMR values and successful demonstration of AOS in nanopatterned devices are a first step toward a new memory technology. The use of both experimental and simulated methods strengthens the importance of the obtained results for further progress in this area.In summary, this doctoral research not only has expanded the knowledge of helicity-independent all-optical switching but has also laid the foundation for innovative applications in nanoscale technology
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Akalin, Tahsin. "Dispositifs de propagation, de filtrage et de rayonnement électromagnétiques basés sur les structures périodiques". Lille 1, 2002. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2002/50376-2002-385.pdf.
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Les structures périodiques présentent des propriétés singulières pour réaliser les fonctions principales pour les télécommunications. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux potentialités de ces structures dans le domaine des hyperfréquences pour le filtrage fréquentiel et spatial conduisant à l'accroissement de la directivité des antennes et également à une nouvelle classe de matériau à indice de réfraction négatif. En ce qui concerne le filtrage, des résultats très intéressants ont été obtenus à partir d'une nouvelle topologie, que nous avons proposée, avec une structuration double face en circuit plaqué. Dans ce domaine, les structurations pseudo-périodiques réalisent de bons compromis en termes de pertes d'insertion en bande passante et de niveau de réjection dans la bande interdite. Des études ont également été menées sur les parties passives incluant le filtre d'un circuit monolithique pour la multiplication de fréquence en gamme millimétrique et submillimétrique. Ces dispositifs utilisant une diode HBV (Heterostructure Barrier Varactor) ont montré des niveaux de puissance élevés sur une large bande de fréquence. L'utilisation d'un superstrat de type PBG (Photonic Band Gap) permet de réaliser des antennes extrêmement directives. Nous avons expliqué ce résultat par une résonance de type cavité Fabry-Pérot. Nous nous sommes également basés sur des analogies avec les superréseaux de semiconducteurs pour établir une relation analytique entre l'angle d'ouverture du lobe principal et le coefficient de qualité. Enfin les structures périodiques permettent d'envisager la réalisation de méta-matériaux à indice de réfraction négatif suivant deux approches distinctes. Nous avons étudié plus en détail celle basée sur des valeurs de permittivité et de perméabilité simultanément négatives pour un fonctionnement dans le domaine des hyperfréquences. Des applications potentielles telles que les diviseurs de puissance sur des méta-matériaux homogènes ont été envisagées.
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El, Kurdi Moustafa. "Dispositifs à îlots de GeSi pour la microphotonique proche infrarouge sur silicium". Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112148.
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Ce travail est consacré à l'étude de dispositifs optiques pour le proche infrarouge avec des îlots de GeSi/Si dont la croissance est compatible avec la filière silicium. Le premier chapitre concerne l'étude théorique des états de trous dans les hétérostructures SiGe/Si par la méthode k. P. Il contient une description d'un modèle à 14 bandes qui tient compte exactement de l'influence des deux premières bandes de conduction sur la bande de valence. Nous montrons le raffinement qu'apporte le modèle à 14 bandes par rapport au modèle à 6 bandes usuellement appliqué à ces systèmes. Nous comparons les deux modèles dans le cadre du calcul des états de la bande de valence et des dipôles de transition optique d'un puits quantique de Si0. 5Ge0. 5 contraint sur silicium. Les différences obtenues entre les deux modèles permettent d'estimer une marge d'erreur à prendre en compte lors de l'utilisation du modèle à 6 bandes pour les hétérostructures SiGe/Si. Le deuxième chapitre présente une expérience de mesure de photocourant sur des structures p-i-n utilisant des îlots GeSi/Si comme matériaux absorbant à des longueurs d'onde supérieures au seuil de transparence du silicium (1. 1 [mu]m). Les structures p-i-n sont insérées dans des guides d'onde du type Si0. 98Ge0. 02/Si et SOI. Nous donnons les réponses spectrales des photodiodes pour les deux types de guide d'onde. Les meilleures réponses externes obtenues à 300 K et à champ appliqué nul sont de 55 mA/W et 0. 25 mA/W aux longueurs d'onde de 1. 3 [mu]m et 1. 55 [mu]m respectivement. Ces mesures de photoréponse sont comparées avec celles de l'absorption interbande des îlots. Le troisième chapitre présente une expérience d'électromodulation à 300 K de l'absorption interbande et intrabande des couches d'îlots en y modulant électriquement le nombre de porteurs. Pour cela nous avons utilisé la structure p-i-n insérée dans un guide d'onde Si0. 98Ge0. 02/Si. L'étude de la profondeur de modulation de l'absorption intrabande, associée à une transition du type lié-continuum de la couche de mouillage a permis de déterminer un coefficient de recombinaison Auger de 1. 6 x 10^-30 cm^6s^-1 pour les îlots. Le dernier chapitre est consacré à l'étude de l'émission des îlots insérés dans des micro-cavités à cristaux photoniques bidimensionnels sur SOI. Nous observons par microphotoluminescence une forte augmentation de la luminescence aux longueurs d'onde 1. 3-1. 55 [mu]m qui est associée à une surlinéarité de son évolution en fonction de la puissance du pompage optique. Cette forte augmentation est corrélée à une localisation spatiale des porteurs dans les microcavités. Nous présentons des nouvelles perspectives d'intégration des îlots pour la réalisation de microsources pour l'émission verticale et comme sources internes à des composants à cristaux photoniques bidimensionnels en silicium. Mots-clés: calcul k. P, structure électronique, nanostructures GeSi/Si, photodétection, électroabsorption, microphotoluminescence, cristaux photoniques, guides d'onde, microcavitésThis work is devoted to the study of near infrared optical devices with GeSi/Si self-assembled islands whose growth is compatible with standard silicon fabrication. The first chapter relates to the theoretical study of the holes states in the SiGe/Si heterostructures with the k. P method. It contains a description of a model with 14 bands which include exactly the influence of the first two conduction bands on the valence band. We show the refinement which the 14 bands model gives compared to the 6 bands model usually applied to these systems. We compare the two models within the framework of the calculation of the valence band states and the dipoles of optical transition from a quantum well of Si0. 5Ge0. 5 constrained on silicon. The differences obtained between the two models make it possible to consider a margin of error to be taken into account when using the 6 bands model for the SiGe/Si heterostructures. The second chapter presents an experiment of photocurrent on structures using p-i-n diode with GeSi/Si islands like absorbing materials at wavelengths higher than the threshold of transparency of silicon (1. 1 [mu]m). The p-i-n structures are inserted in Si0. 98Ge0. 02/Si or SOI waveguides. We give the spectral response of the photodiodes for the two types of waveguide. The best external response obtained at 300 K and without applied fiel are of 55 mA/W and 0. 25 mA/W at the wavelengths of 1. 3 [mu]m and 1. 55 [mu]m respectively. These measurements of photoresponse are compared with those of the interbanded absorption of the islands. The third chapter presents an experiment of electromodulation at 300 K of the interband and intraband absorption of the islands layers by modulating the carriers density electrically there. For that we used the p-i-n structure inserted in the Si0. 98Ge0. 02/Si waveguide. The study of the modulation depth of the intraband absorption, associated to a transition from the ground states of the islands to the continuum states of the wetting layer made it possible to determine an Auger recombination coefficient of 1. 6 x 10^-30 cm^6s^(-1) for the islands. The final chapter is devoted to the study of the emission of the islands inserted into two-dimensional photonic crystals microcavities on SOI. We observe by microphotoluminescence a strong increase in luminescence to the wavelengths 1. 3-1. 55 [mu]m which is associated to a sublinearity of its evolution according to the power of optical pumping. This strong increase is correlated with a space localization of the carriers in the microcavities. We present new prospects for integration of the islands for the realization of microsources for the vertical emission and like internal sources at components with two-dimensional photonic silicon crystals. Key words: k. P calculation, electronic structure, GeSi/Si nanostructures, photodetection, electroabsorption, microphotoluminescence, photonic crystals, waveguides, microcavities
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Matthia, Tomasz. "Effets optiques non linéaires dans des dispositifs nanostructurés multi-résonants". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP009.
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Cette thèse constitue une étude théorique et expérimentale des dispositifs nanostructurés non linéaires. Les nanostructures non linéaires permettent de modifier les propriétés de la lumière incidente grâce à des effets optiques non linéaires, qui sont très faibles dans les matériaux naturels. L'étude se focalise en particulier sur des structures conçues en architecture de type "métal-isolant-métal" (MIM) et fonctionnant dans les gammes spectrales infrarouge et térahertz. Le premier objectif de cette thèse consiste à réaliser des méthodes de simulation pour les effets optiques non linéaires dans ce type de nanostructures. Ensuite, il s'agit d'exploiter ces outils numériques pour concevoir des dispositifs non linéaires efficaces. Les nanostructures sont réalisées par des techniques de nanofabrication et sont basées sur des résonances plasmoniques ou diélectriques, qui permettent de concentrer la lumière dans des volumes sub-longueur d'onde en augmentant ainsi l'amplitude des effets non linéaires. Le troisième objectif de cette thèse consiste à les caractériser à l'aide d'un banc de mesures expérimentales. Le manuscrit présente tout d'abord les résultats des travaux visant à réaliser des nanostructures efficaces pour la génération de second harmonique (SHG). La discussion englobe à la fois le point de vue théorique d'une conversion SHG efficace, ainsi que les réalisations expérimentales. Les dispositifs décrits dans ce manuscrit ont permis d'accroître d'accroître les efficacités de conversion SHG de plusieurs ordres de grandeurs pour ce type de nanostructures dans l'infrarouge. Ensuite, il s'agit d'étudier un autre phénomène de conversion de fréquence, la génération de différence de fréquence (DFG). Le chapitre dédié à cet effet optique non linéaire constitue une ouverture vers la création des convertisseurs nanostructurés efficaces émettent dans le térahertz. Enfin, le manuscrit présente les méthodes numériques réalisées pour des effets non linéaires d'ordre 3 tels que la génération de troisième harmonique (THG) et l'effet Kerr optique. La thèse s'inscrit dans le cadre des travaux visant à trouver des techniques optimisées pour réaliser des dispositifs nanostructurés non linéaires efficaces faisant appel aux phénomènes non linéaires tels que la SHG, DFG, THG ou encore l'effet Kerr optiqueThis thesis is a theoretical and experimental study of non-linear nanostructured devices. Non-linear nanostructures enable the properties of incident light to be modified by non-linear optical effects, which are very weak in natural materials. The study focuses in particular on structures designed in "metal-insulator-metal" (MIM) architecture and operating in the infrared and terahertz spectral ranges. The first objective of this thesis is to develop new simulation methods for non-linear optical effects in this type of nanostructures. These numerical tools will then be used to design efficient non-linear devices. The nanostructures are produced using nanofabrication techniques and are based on plasmonic or dielectric resonances, which enable light to be concentrated in sub-wavelength volumes, thus increasing the amplitude of the non-linear effects. The third objective of this thesis is to characterise them using an experimental test bench. This report first presents the results of work aimed at implementing efficient nanostructures for second-harmonic generation (SHG). The discussion covers both the theoretical viewpoint of efficient SHG conversion and the experimental realisations. The devices described in this report have enabled SHG conversion efficiencies to be increased by several orders of magnitude for this type of nanostructure in the infrared. Next, we will study another frequency conversion phenomenon, difference-frequency generation (DFG). The chapter devoted to this non-linear optical effect provides an opening towards the creation of efficient nanostructured converters emitting in the terahertz range. Finally, the report presents the numerical methods carried out for third-order non-linear effects such as third-harmonic generation (THG) and the optical Kerr effect. This thesis is part of the work aimed at finding optimised techniques for realising efficient non-linear nanostructured devices using non-linear phenomena such as SHG, DFG, THG and the optical Kerr effect
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Lemaire, Matthieu. "Validation des calculs d'échauffements photoniques en réacteur d'irradiation au moyen du programme expérimental AMMON et du dispositif CARMEN". Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4072/document.
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Le Réacteur Jules Horowitz (RJH) est un réacteur d’irradiation technologique actuellement en construction au CEA Cadarache. Ce réacteur permettra de réaliser les études scientifiques sur le comportement des matériaux et des combustibles sous irradiation.Pour répondre aux enjeux du RJH, il est nécessaire de valider les outils de calcul des échauffements photoniques (les codes de calcul et la librairie européenne JEFF3.1.1 de données nucléaires) pour le cas spécifique du RJH. Cette problématique est traitée en 3 volets dans cette thèse.Le 1er volet a consisté à quantifier le biais de calcul dû aux données nucléaires de la librairie européenne JEFF3.1.1 pour les calculs d’échauffements photoniques dans le RJH. Ce travail repose sur l’interprétation, avec le code TRIPOLI-4, de mesures d’échauffements réalisées dans la maquette critique EOLE du CEA Cadarache.Le 2ème volet a consisté à obtenir des éléments sur les biais de calcul des échauffements photoniques dus aux méthodes de calcul elles-mêmes. La comparaison calcul / calcul entre différents codes Monte Carlo met en évidence l’importance du transport des particules chargées pour les calculs d’échauffements.Le 3ème volet de ce travail a consisté à fournir des points de comparaison calcul / mesure pour des mesures d’échauffements réalisées dans le réacteur OSIRIS avec une première version du dispositif CARMEN. Le dispositif CARMEN est un projet de dispositif de mesure multi-détecteur innovant pour le RJH. En conclusion, cette thèse a apporté des éléments de validation des calculs d’échauffements photoniques pour le RJH. Ces éléments ont d’ores et déjà été capitalisés pour les études de sûreté du RJHThe Jules Horowitz Reactor (JHR) is the next MTR under construction at CEA Cadarache research center. The JHR will be a major research infrastructure for the test of structural material and fuel behavior under irradiation.To be up to the challenges set by the JHR, It is necessary to validate photon-heating calculation tools (calculation codes and the European nuclear-data JEFF3.1.1 library) for specific use in the JHR. This topic is handled with a three-prong work plan. The first part consisted in quantifying the calculation bias due to the JEFF3.1.1 nuclear-data library on JHR photon-heating calculations. This work relies on the interpretation, with the TRIPOLI-4 code, of heating measurements carried out in the EOLE critical mock-up at CEA Cadarache.The second part of this work is dedicated to the determination of photon-heating calculation biases linked to the approximations of calculation schemes. The calculation / calculation comparison between different Monte Carlo codes highlights the importance of charged-particle transport for heating calculations.The third part of this work consisted in providing calculation / measurement comparisons for heating measurements carried out in the OSIRIS reactor with a prototype of the CARMEN device. The CARMEN device aims at measuring neutron flux, photon flux and nuclear heating simultaneously in the different experimental locations of JHR. In conclusion, this work brings forth validation elements for JHR photon-heating calculations. These elements are already taken into account for the estimation of biases and uncertainties associated with photon-heating calculations for JHR performance and safety studies
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Danglot, Jérôme Lippens Didier Vanbésien Olivier. "Dispositifs microondes et optiques à base de matériaux à gaps de photon". [S.l.] : [s.n.], 2001. http://www.univ-lille1.fr/bustl-grisemine/pdf/extheses/50376-2001-113-114.pdf.
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Guillermain, Elisa. "Dispositifs nanophotoniques à ondes de surface en silicium poreux : technologie et application à la bio-détection". Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0079/these.pdf.
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Ce travail de thèse s'inscrit dans les efforts actuellement réalisés pour améliorer les dispositifs de détection de molécules chimiques et biologiques. Ce type de détection demande de plus en plus de sensibilité et de miniaturisation pour ses applications dans les secteurs de la santé, de l'environnement, de l'agriculture, ou encore de l'agro-alimentaire. Nous présentons une alternative aux bio-capteurs optiques passifs les plus populaires actuellement, les dispositifs à plasmons de surface (ondes évanescentes à la surface d'une fine couche métallique). Le dispositif de détection proposé est un cristal photonique unidimensionnel fabriqué en silicium poreux, qui a la particularité de présenter des modes de surface. Ces modes présentent deux avantages majeurs par rapport aux plasmons de surface, qui conduisent à une sensibilité significativement plus importante: - Ils peuvent fonctionner dans un domaine de longueur d'onde où leurs pertes optiques sont beaucoup plus faibles que celles de leur équivalent métallique. - La surface développée de la structure poreuse est de plusieurs ordres de grandeur plus importante que celle des dispositifs plasmoniques. Le but de cette thèse a été de mettre en œuvre la technologie du silicium poreux pour la réalisation et la démonstration d'un tel dispositif de bio-détection. La sensibilité amplifiée du fait de l'énorme surface développée du silicium poreux provoque une variation d'angle de couplage de 20° pour le dépôt d'une dizaine de nanomètres de bio-molécules. A titre de comparaison, pour un dispositif équivalent non-poreux, un décalage d'angle de couplage de 0,75° serait observé pour un tel greffageAn important effort is currently made in order to improve the chemical and biological sensing devices. These sensors need more and more sensitivity and miniaturization for being used in the sectors of health, environment, and food-processing. We show an alternative to the most popular passive optical bio-sensors, the surface Plasmon devices (evanescent waves in a thin metallic layer). The detection device proposed is a one-dimensional photonic crystal, made with porous silicon, which have surface states. Those states have two major advantages compared to the plasmonic devices, which leads to a greater sensitivity: - The wide wavelength range allows the use with optical losses really smaller than the metallic ones. - The specific surface of the porous material is several order of magnitude superior than the plasmonic devices one. The aim of this PhD was to develop the porous silicon technology for the realization and the demonstration of a bio-detection device. The sensitivity, amplified thanks to the huge specific surface area of the porous silicon, lead to a coupling angle shift of 20° after a bio-molecule grafting of 10 nm. As a comparison, for an equivalent non-porous device, the coupling angle shift would be of 0,75° for the same grafting
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Guillermain, Elisa Benyattou Taha Lysenko Vladimir S. "Dispositifs nanophotoniques à ondes de surface en silicium poreux technologie et application à la bio-détection /". Villeurbanne : Doc'INSA, 2008. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=guillermain.
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Danglot, Jérôme. "Dispositifs microondes et optiques à base de matériaux à gaps de photon". Lille 1, 2001. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2001/50376-2001-113-114.pdf.
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Depuis une décennie, une nouvelle classe de matériaux a suscité un très vif intérêt dans le monde de la recherche et ceci dans plusieurs secteurs de la physique. Il s'agit des structures périodiques diélectriques ou métalliques, rencontrées sous les appellations " cristaux photoniques " ou " matériaux à gaps de photon ", qui présentent des états photoniques structurés en bandes interdites et passantes. Ces travaux de thèse ont consisté dans un premier temps à étudier les propriétés physiques de ces matériaux et, dans un deuxième temps, à aborder leurs potentielles exploitations pour des applications dans les domaines des hyperfréquences et de l'optique. Dans la plupart des cas, des simulations électromagnétiques ont été menées pour étudier et concevoir des dispositifs de filtrage ou de guidage dédiés à ces domaines accompagnées d'une réflexion sur les développements technologiques associés. L'étude de réseaux métalliques bi- et tridimensionnels a permis d'analyser le comportement de ces structures utilisées en guide d'onde ou en cavité résonnante et d'introduire l'idée novatrice d'accordabilité basée sur l'insertion de composants actifs permettant le contrôle électrique de leurs propriétés de transmission. Les propriétés de sélectivité angulaire de ces matériaux ont ensuite été exploitées pour l'amélioration des caractéristiques de rayonnement d'antennes. Citons, à titre d'exemple, la conception d'un réflecteur parabolique diélectrique à géométrie plane. Enfin, la structuration périodique bidimensionnelle d'hétérostructures semiconductrices a été exploitée pour la réalisation de dispositifs optiques permettant le couplage directif et sélectif en longueur d'onde de l'énergie électromagnétique pour des applications dans les réseaux multicolores.
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Boisbouvier, Nicolas. "Application des matériaux à Bande Interdite Photonique (BIP) pour la conception d'antennes et dispositifs associés destinés aux réseaux domestiques sans fils". Rennes 1, 2004. http://www.theses.fr/2004REN10164.
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Cette thèse a pour objectif d';exploiter les propriétés intrinsèques de filtrage spatial offertes par les structures à Bande Interdite Photonique (BIP) afin de proposer des topologies d'antenne innovantes présentant un schéma de diversité. Dans ce manuscrit, nous distinguons deux catégories de structures BIP : les structures BIP planaires pour substrat diélectrique et les structures BIP volumiques. Pour chacune d'entre-elles, un état de l'art présente ces différentes structures et leurs applications aux antennes. Nous nous sommes ensuite intéressés, d'une part, à la structure BIP de Radisic puis à sa structure duale pour fente et, d'autre part, aux structures BIP métalliques (ou BIPM) et plus particulièrement à l'étude d'une source plongée au sein d'un BIPM carré. Plusieurs topologies d'antenne présentant un schéma de diversité d'antenne et exploitant ces deux catégories de BIP sont alors proposées et leurs performances analysées.
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Nguyen, Lâm Duy. "Contribution à l'étude d'un oscillateur opto-électronique micro-ondes : applications fondées sur une variation de sa fréquence". Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00763289.
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L'oscillateur optoélectronique (OEO) introduit en 1994 par S. Yao et L. Maleki fut le premier oscillateur microondes incorporant une fibre optique très longue afin d'obtenir une très haute qualité spectrale. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur des applications de l'OEO, un domaine encore peu exploré. L'idée directrice est d'étudier des variations contrôlées de la fréquence d'oscillation et de montrer la faisabilité d'applications correspondantes. Deux possibilités sont abordées ici pour modifier la phase du signal et donc la fréquence d'oscillation. La première consiste à modifier le chemin optique global du système. Après avoir montré la sensibilité du système à une modification de la longueur de boucle, nous avons appliqué ce principe à la mesure de l'indice de réfraction de diverses solutions chimiques avec une précision estimée à cinq millièmes environ. Des améliorations sont possibles et doivent permettre de gagner un ordre de grandeur. Dans la deuxième méthode le signal optique en sortie de la fibre est divisé en deux voies a priori équivalentes. En imposant une variation de l'amplitude du signal dans un des chemins il est possible lors de la recombinaison électronique de modifier la phase globale. Une technique utilisant un amplificateur optique à semi-conducteur conduit à la réalisation d'un OEO contrôlé en tension ; une modulation de fréquence permettant de travailler jusqu'à un indice de modulation d'environ 5,4 est alors mise en œuvre. Une deuxième technique fondée sur un circulateur optique terminé par un interféromètre à fibre permet, grâce à une compensation des effets thermiques, de mesurer par exemple le coefficient d'absorption d'un liquide.
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Henneghien, Anne-Line. "Étude et optimisation de l’émission et de l’extraction de lumière des nanofils semiconducteurs grand gap : application à des dispositifs électroluminescents". Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENY072.
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Les diodes électroluminescentes (LEDs) bleues ou blanches actuelles sont constituées de couches épitaxiales planaires, essentiellement à base de GaN. Sans autres opérations technologiques, la réflexion totale interne aux interfaces réduit le nombre de photons extraits à quelques pourcents du nombre de photons émis. Cette thèse s'intéresse à un concept en rupture : les LEDs à nanofils GaN ou ZnO. Plus précisément elle vise à préciser l'intérêt de ces couches pour l'augmentation du rendement d'extraction. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à trois types de couches (taille des fils, arrangement), chacune mettant en jeu un processus d'extraction différent. La première géométrie, basée sur des fils relativement gros (rayons 50-lOOnm minimum) et distants vise à profiter des résonances ou du guidage optique pouvant exister au sein de chaque fil pour canaliser l'émission spontanée. Les coefficients de couplage de la couche active sur ces modes ainsi que la réflectivité des modes guidés en bout de fils ont notamment été évalué numériquement en fonction de la taille des fils. La seconde approche, issue de l'étude goniométrique de couches de fils MBE sur substrat Silicium, vise à profiter des propriétés d'indice effectif des couches de fils sublongueurs d'onde pour éviter le phénomène de réflexion totale à l'origine des faibles rendements d'extraction des couches planaires. Le modèle anisotrope numérique développé montre qu'un rendement d'extraction proche de 70% est envisageable sur ce type de couche épitaxiée sur Silicium. Enfin la troisième approche, plus prospective, vise à initier une étude sur l'émission dans des réseaux de fils agencés périodiquementThe current blue or white light-emitting diodes (LEDs) are constituted by planar layers of GaN. The use of the nanowires as active layer is a hard and new concept which brings numerous potential advantages and revolutionizes the rules of LED design. This thesis deals with the light emission and extraction of nanowire structures made of wide band gap semi-conductors such as GaN or ZnO. The issue is to understand and to optimize the processes of extraction with the aim of a LED use. We were more particularly interested in three nanowire organizations attractive for the extraction. The first concept concerns nanowires which are enough separated to be considered as isolated. The emission properties of these structures are mainly controlled by the competition between localized resonance (whispering gallery modes) and guided modes which channel and propagate the spontaneous emission towards the nanowires ends. Our second contribution concerns the study of ensembles of small dense nanowires. Goniometry experiments on GaN nanowires made by MBE put in evidence the interest of a nanowires modelling by an effective anisotropic medium. The simulations of the extraction of these devices on silicon substrate are very promising for the creation of efficient and low cost LEDs. Perspectives on nanowires use in periodic organized array so as to realize a photonic crystal are the third part of the thesis. A numerical model allowed suggesting rules of arrays design
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Henneghien, Anne-Line. "Étude et optimisation de l'émission et de l'extraction de lumière des nanofils semiconducteurs grand gap : application à des dispositifs électroluminescents". Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00558359.
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Les diodes électroluminescentes (LEDs) bleues ou blanches actuelles sont constituées de couches épitaxiales planaires, essentiellement à base de GaN. Sans autres opérations technologiques, la réflexion totale interne aux interfaces réduit le nombre de photons extraits à quelques pourcents du nombre de photons émis. Cette thèse s'intéresse à un concept en rupture : les LEDs à nanofils GaN ou ZnO. Plus précisément elle vise à préciser l'intérêt de ces couches pour l'augmentation du rendement d'extraction. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à trois types de couches (taille des fils, arrangement), chacune mettant en jeu un processus d'extraction différent. La première géométrie, basée sur des fils relativement gros (rayons 50-100nm minimun) et distants vise à profiter des résonances ou du guidage optique pouvant exister au sein de chaque fil pour canaliser l'émission spontanée. Les coefficients de couplage de la couche active sur ces modes ainsi que la réflectivité des modes guidés en bout de fils ont notamment été évalué numériquement en fonction de la taille des fils. La seconde approche, issue de l'étude goniométrique de couches de fils MBE sur substrat Silicium, vise à profiter des propriétés d'indice effectif des couches de fils sublongueurs d'onde pour éviter le phénomène de réflexion totale à l'origine des faibles rendements d'extraction des couches planaires. Le modèle anisotrope numérique développé montre qu'un rendement d'extraction proche de 70% est envisageable sur ce type de couche épitaxiée sur Silicium. Enfin la troisième approche, plus prospective, vise à initier une étude sur l'émission dans des réseaux de fils agencés périodiquement.
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Pigeon, Simon. "Fluides Quantiques et Dispositifs à Polaritons". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00597945.
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Les polaritons excitoniques sont des quasi-particules qui ont révélé ces dernières années de très riches propriétés. Elles sont le fruit d'un couplage fort entre les transitions excitoniques présentes dans les semiconducteurs et un champ électromagnétique confiné au sein d'une microcavité. Dans cette thèse, nous avons réalisé l'étude théorique de deux aspects des polaritons. Ces résultats théoriques ont été corroboré par des résultats expérimentaux. Dans un premier temps, c'est un aspect proche de l'optique quantique qui est présenté et qui consiste en l'étude du régime d'oscillation paramétrique optique dans des microcavités de type pilier. Cette étude a permis, en plus de la démonstration de la présence de ce régime d'oscillation, de mettre en évidence l'importance de la dimensionnalité de la cavité. Dans un second temps, c'est l'aspect propriété quantique de la matière qui est présenté, et tout particulièrement l'aspect fluide quantique de polaritons. Ainsi, nous montrons que à l'aide d'excitations résonantes, un régime superfluide peut être atteint. Nous présentons une étude des régimes d'écoulements turbulents d'un tel fluide. Et enfin nous présentons une méthode qui, utilisant les propriétés de spin des polaritons, permet de moduler le potentiel effectif ressenti par les polaritons.
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Olivier, Serge. "Utilisation de dispositifs d'optique guidée pour des applications en imagerie haute résolution". Phd thesis, Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/8fdbdecc-354b-49d2-b92f-eac12e773229/blobholder:0/2007LIMO4064.pdf.
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Durant mon travail de thèse, j'ai réalisé l'étude de deux dispositifs dédiés à l'imagerie haute résolution en astronomie. * MAFL: Interféromètre 3 voies permettant d'effectuer de l'imagerie par analyse de cohérence. L'utilisation exclusive de composants d'optique guidée et intégrée pour le transport des champs et la recombinaison des faisceaux nous a permis de valider le concept d'un interféromètre spactialisable utilisant un asservissement de précision nanométrique. * Hypertélescope : optimisation théorique de la configuration des ouvertures et réalisation d'un hypertélescope temporel pour l'imagerie d'exoplanètes. Les premiers résultats obtenus en boucle ouverte nous ont permis de valider expérimentalement le principe théorique, et d'observer les résultats de l'optimisationDuring my thesis work, I realized 2 systems dedicated to high resolution imaging. * MAFL : interferometer with 3 arms which have imaging capabilities by coherence analysis. The exclusive use of guided and integrated optic components for the field transportation and the recombination part permit to validate the concept of a spatialisable interferometer using a nanometric servoloop control. * Hypertelescope : theoretical optimization of the apertures configuration, and realisation of a temporal hypertelescope to image exoplanets. The theoretical principle was validated by the first measurements without servoloop, and the optimization results was osberved
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Olivier, Serge. "Utilisation de dispositifs d'optique guidée pour des applications en imagerie haute résolution". Phd thesis, Université de Limoges, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00714789.
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* La première partie traite du projet MAFL (MultiAperture Fiber Linked interferometer). Ce travail, effectué en collaboration avec le GeeO, l'IMEP et Alcatel Alenia Space dans le cadre d'un contrat ESA, avait pour objectif la réalisation d?un interféromètre 3 bras intégralement en optique guidée et intégrée avec un asservissement pour le contrôle des chemins optiques. La partie recombinaison des champs était effectuée par un composant d?optique intégrée novateur qui réalisait toutes les opérations de mélange interférométrique, que ce soit pour les signaux science comme pour les signaux métrologie. Les résultats obtenus nous ont permis de conclure que la technologie de l?optique intégrée est un excellent candidat pour la spatialisation des interféromètres du futur. La seconde partie a porté sur un dispositif d'imagerie directe basé sur le principe des Hypertélescope proposé par A. LABEYRIE du Collège de France en 1996. Une version originale de ce concept fonctionnant dans le domaine temporel a été développée au laboratoire. Une collaboration avec le département Math-Info du laboratoire XLIM dans le cadre du thème transverse IRO nous a permis d'entamer une optimisation de la réponse impulsionnelle d'un hypertélescope. Les résultats nous ont aidés à monter un banc de test afin de valider le principe théorique ainsi que les résultats d'optimisation
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Garidel, Sophie. "Fabrication de réseaux de Bragg particuliers par lithographie électronique : application à la réalisation de dispositifs photoniques et optoélectroniques sur matériaux de la filière InP". Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2004/50376-2004-139.pdf.
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Ce travail fait état de l'étude technologique et expérimentale de nouveaux dispositifs photoniques intégrant des réseaux de Bragg particuliers. Les réseaux de Bragg offrent une solution intéressante pour construire aussi bien des filtres optiques intégrés que des émetteurs compacts dans le cadre de l'émergence de nouvelles fonctions pour les communications optiques. L'étude de la théorie des réseaux de Bragg nous a permis de voir les limites des réseaux de Bragg dits classiques. Les réseaux de Bragg dits particuliers, comme les réseaux échantillonnés ou les réseaux verticaux semblent alors très interessants de part les possibilités de fonctions optiques qu'ils offrent. Ce sont donc ces deux types de réseaux que nous avons choisi d'étudier. Les processus de réalisation technologique des deux réseaux ont alors été développés. La lithographie par faisceau d'électrons nous permet la réalisation des différents motifs et à été optimisée dans ce but, ainsi que les étapes de gravure. La dernière partie du travail consiste en l'étude, la réalisation et la caractérisation de composants innovants, passifs et actifs, intégrant des réseaux particuliers. Ainsi, nous avons réalisé un filtre passif qui présente une apodisation de son spectre en transmission par l'utilisation d'un réseau surfacique échantillonné. Les résultats de caractérisation montrent la validité du concept. Dans le cadre du projet européen IST-MONOPLA, un laser multisections, comportant une portion de réseau a été réalisé. Les caractérisations mettent en avant le bon fonctionnement du réseau.
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Bourdin, Marie. "Poudres et films à base d'oxyde de tungstène WO3 pour applications photoniques : photochromisme et électrochromisme". Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0013.
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Dans cette étude, la synthèse en milieu polyol est utilisée afin d’obtenir des oxydes de tungstène nanostructurés et présentant une légère sous-stœchiométrie en oxygène (WO3 x). Les particules obtenues sont de couleur bleue, et possèdent des propriétés optiques intéressantes du fait de la présence d’ions W5+. Les traitements thermiques de ces particules à différentes températures ou sous différentes atmosphères permettent de contrôler la sous-stœchiométrie en oxygène et donc leurs propriétés optiques (et leur couleur) ; leur teinte allant du jaune pâle pour les composés recuits sous une atmosphère oxydante et ne possédant plus que des ions W6+, au noir pour des particules recuite sous une atmosphère réductrice créatrice d’électrons libres. Les propriétés électrochromes et photochromes ont été caractérisées après dépôt de films épais ou minces. Ainsi, les films épais de particules bleues, noires et jaunes montrent des électroactivités différentes lors de l’application d’un courant électrique. L’étude des films minces de WO3-x et de film « sandwich » de WO3-x + Ta2O5 révèle quant à elle une étonnante capacité de nos films à absorber dans le domaine du proche infrarouge lors de la photoréduction des ions W6+ en ions W5+ sous irradiation UV. Un traitement des données permet de montrer que, le photochromisme est associé à trois phénomènes d’absorption, d’énergies différentes, pour le film de WO3-x seul et à deux phénomènes pour le film « sandwich ». L’étude sur la réversibilité du phénomène a de plus montré une très bonne aptitude de nos films à se réoxyder (se décolorer) à l’air ambiant sans avoir recours à un traitement thermique ou chimiqueIn this study, polyol synthesis is used in order to obtain nanostructured tungsten oxides with a slight oxygen sub-stoichiometry (WO3-x). The particles obtained are blue and have interesting optical properties due to the presence of W5+ ions. The heat treatments of these particles at different temperatures or under different atmospheres allow the modification of their chemical composition and so their optical properties, therefore their color; their hue is ranging from pale yellow for compounds annealed under an oxidizing atmosphere and having only W6+ ions, to black for particles annealed under a reducing atmosphere creating free electrons. Electrochromic and photochromic properties have been characterized on thick or thin films. Thus, the thick films of blue, black and yellow particles show different electroactivities when an electric current is applied. The study of the thin films of WO3-x and “sandwich” film of WO3-x + Ta2O5 reveals an astonishing capacity of our films to absorb in the near infrared range during the photoreduction of the W6+ ions into W5+ ions under UV irradiation. The absorption curves show that photochromism is associated with three absorption phenomena of different energies for the WO3-x film and two phenomena for the “sandwich” film. The study on the reversibility of the phenomenon has also shown a very good ability of our films to reoxidize (discolour) in the ambient air without any thermal or chemical treatment
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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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Maulion, Geoffrey. "Conception, fabrication et caractérisation de composants photoniques innovants appliqués à la détection de gaz". Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS063/document.
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La détection de gaz suscite depuis une dizaine d'années, un intérêt grandissant voir galopant, cela pour diverses raisons : environnementales, de santé publique, de sécurité (Hommes et infrastructures), etc... Ce dynamisme a pour conséquence un besoin de renouvellement et de perfectionnement des moyens de détection, qui croît à mesure que les normes existantes et les secteurs d'application respectivement, se complexifient et se diversifient. Une telle frénésie entraîne naturellement l'augmentation du nombre de projets de recherche sur cette thématique : le projet ANR PEPS, débuté en 2010, est l'un d'entre-eux. Acronyme de "Pellet Photonique Sensor", il vise à démontrer la faisabilité d'une plateforme de détection photonique multi-gaz exploitant l'effet thermo-optique, grâce à la combinaison de deux éléments centraux : des nanopoudres catalytiques sélectives aux gaz visés (dihydrogène ou monoxyde de carbone) et un composant photonique planaire très sensible aux variations d'indice de réfraction. Ce manuscrit est principalement consacré à la conception (sélection et optimisation) du composant photoniqueFor about a decade, gas detection has known a tremendous interest, due to several reasons: environmental issues, public health, people and building safety, etc... This trend, triggered a spectacular and sustainable need of gas detection means improvement and development, which has grown with both standards sophistication and scope extension. As a matter of fact, the number of research projects related to this particular topic increased: PEPS ANR project, begun in 2010, is one of them. This research project, which is the acronym of Pellet Photonique Sensor, aim at developing a photonic multigas detection system based on thermo-optical effect, thanks to the combination of on one hand, catalitic nanopowders which react selectively with the target gas (hydrogen or carbon monoxide) and on the other hand, an high sensitive to refractive index variations planar photonic component. This thesis manuscript mostly treats of the photonic component design (choice and optimization)
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Sakr, Salam. "Dispositifs intersousbandes à base de nitrures d’éléments III du proche infrarouge au THz". Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112207/document.
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Les dispositifs intersousbandes à base de nitrures d’éléments III ont des propriétés très intéressantes pour l’optoélectronique et la photonique dans l’infrarouge. Les hétérostructures formées par l’AlN et le GaN ont une discontinuité de potentiel en bande de conduction de 1.75 eV et permettent donc de couvrir les deux extrémités du spectre électromagnétique infrarouge. Ces matériaux sont en outre caractérisés par des temps de relaxation ISB extrêmement courts et sont par conséquent des candidats potentiels pour le développement de composants optoélectroniques ultrarapides aux longueurs d’onde des télécommunications. D’autre part, grâce à l’énergie du phonon LO élevée dans ces matériaux, ces hétérostructures ouvrent la voie vers la réalisation de lasers à cascade quantique THz fonctionnant à la température ambiante. Dans ce contexte, je présente dans une première partie de ma thèse une étude théorique et expérimentale du transport électronique dans des hétérostructures GaN/Al(Ga)N simples comme les diodes tunnel résonnantes (DTRs) et plus complexes comme les multi-puits quantiques. La modélisation du transport quantique dans les DTRs AlGaN/GaN m’a permis de mettre en évidence la dépendance de résonance quantique du signe de la tension appliquée et de la composition des barrières. Du point de vue expérimental, je montre que le comportement électrique instable dans ces dispositifs est dû aux défauts dans le matériau. Dans les structures à multi-puits, je présente la première évidence expérimentale d’un transport tunnel résonnant reproductible. Dans une deuxième partie, je propose et développe plusieurs principes originaux de détecteurs à cascade quantique (QCD)s GaN/AlGaN entre 1 et 2 μm fonctionnant à la température ambiante. Je montre en utilisant des techniques de mesure de spectroscopie femtoseconde qu’ils sont intrinsèquement ultrarapides (picoseconde). Je développe aussi des micro-QCDs qui présentent une bande passante au-delà des 40 GHz. La conception des QCDs à plus grandes longueurs d’onde est discutée. Dans la dernière partie de ce manuscrit, je présente une étude spectroscopique dans le THz de superréseaux à base de GaN. Je montre que l’utilisation de puits quantiques à marche de potentiel permet d’accorder l’absorption ISB dans le THz. Je présente ensuite la première démonstration de l’électroluminescence intersousbande de 2 à 9 THzIntersubband devices based on III-nitrides have interesting properties for optoelectronics and photonics applications in the infrared. The heterostructures of these materials have a large conduction band offset of 1.75 eV and therefore allow covering the whole infrared electromagnetic spectral range. Furthermore, these materials are characterized by extremely short ISB relaxation times and are, consequently, potential candidates for the development of ultrafast optoelectronic devices at the fiber optics telecommunication wavelengths for fiber optics or for free space communication. On the other hand, thanks to the large LO phonon energy in these materials, these heterostructures offer the possibility of fabricating compact THz lasers operating at room temperature. In this context, I firstly present in this manuscript a theoretical and an experimental study of the electronic transport in simple AlGaN/GaN heterostructures namely resonant tunneling diodes and more complex structures such as multi-quantum wells based on III-nitrides. The modeling of the transport in RTDs shows the dependency of the current resonances on the sign of the applied voltage as well as the height of the double barrier. I also demonstrate that the experimentally observed electrical instabilities in these devices are due to the defects in the material. In the multiple quantum well structures, I give the first evidence of reproducible resonant tunneling transport. In chapter 3, I propose and develop several principles of quantum cascade detectors in the near infrared between 1 and 2 μm operating at room temperature. I demonstrate, using time-resolved bias-lead monitoring technique, that they are intrinsically very fast (picosecond). I also develop micro - QCD devices that have a -3 dB cut-off frequency beyond 40 GHz. The design of QCDs operating at longer wavelengths is discussed. In the last part of the manuscript, I present a spectroscopic study of GaN superlattices with ISB transitions in the far-infrared. I show that the utilization of step quantum wells allows to tune the ISB absorption frequency to the THz. I finally present the first demonstration of the intersubband electroluminescence from 2 to 9 THz in these structures
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Thouras, Jordan. "Amélioration des performances électriques d’un module de mélange optoélectronique privilégiant des dispositifs à semi-conducteurs : Applications dans les charges utiles de satellites". Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0127/document.
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Les télécommunications par satellite prennent aujourd’hui de en plus d’importance, et le nombre d’abonnés à travers le monde ne cesse de croître. Partout où la fibre optique ne peut être déployée, elles sont un moyen fiable de fournir des débits très élevés aux utilisateurs, dont les pratiques nécessitent des bandes passantes toujours plus importantes (vidéo HD, visioconférences, téléchargement, cloud computing, jeux en ligne...). Elles garantissent également de très vastes zones de couverture. Pour les concepteurs de charges utiles de satellite, suivre les besoins du marché revient à augmenter constamment le nombre d’équipements embarqués, ce qui affecte le volume et la masse des systèmes et donc le coût de mise en orbite. Une des solutions envisagées afin de contrer ce phénomène consiste à employer des technologies optiques. Il a été démontré par Thales Alenia Space que pour un système de distribution de signaux de référence de 1 vers 64 équipements, la réduction du poids pourrait être de 70 %. Dans ce contexte nous avons développé 7 convertisseurs de fréquence RF réalisés à partir de composants photoniques semi-conducteurs. Ces convertisseurs font partie des composants clés des charges utiles car ils permettent d’isoler les transmissions montantes (vol vers satellite) et descendantes (satellite vers sol) afin d’éviter les interférences. Les performances des 7 architectures proposées, réalisées à partir de modulateurs électro-absorbants (EAM) et d’amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA) ont été évaluées au travers de différentes simulations et en calculant le gain de conversion, le facteur de bruit, les isolations RF/FI et OL/FI, les rapports C/I3 et les coordonnées du point d’interception d’ordre 3. Nous avons obtenu des performances intéressantes, premières données pour de futures études et montré que ces convertisseurs seraient compatibles avec de nombreux plans de fréquence en bandes Ku/Ku, Ku+/Ku, et Ka/Ka. Des manipulations ont également permis de valider les modèles théoriques employés dans les simulationsNowadays, Satellite telecommunications are becoming very popular and the number of subscribers worldwide is always growing. Wherever the optical fiber cannot be deployed, they are a reliable way to provide very high data rates to the users, whose activities are becoming more and more bandwidth-hungry (HD video, video conferencing, downloading, cloud computing, online games ...). They also guarantee very large coverage areas. In order to follow the market needs satellite payload designers have to increase the number of on-board equipment, which affects the volume and mass of the systems and therefore the launching cost. One of the solutions to solve the problem consists in using optical technologies. It has been demonstrated by Thales Alenia Space that In the case of a reference signal distribution system for 64 devices, a weight reduction of about 70% could be obtained. In this context we have developed 7 RF frequencydown-converters based on photonic semiconductor components. The down-converters are key components of satellite payloads, as their aim is to isolate uplink transmissions (ground to satellite) and downlink (satellite to ground) to avoid interference. Performance of the 7 architectures, incorporating electro-absorption modulators (EAM) and semiconductor optical amplifiers (SOA) were evaluated through various simulations and by calculating the conversion gain, noise figure, RF/IF and LO/IF isolations, the C/I3 ratio and the coordinates of the third order intercept point. We obtained interesting results, first data for futur works,and showed that these converters are compatible with many frequency plans in Ku/Ku, ku+/Ku, and Ka/Ka bands. Manipulations were also led and validated the theoretical models used in simulations
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Blanchet, David. "Développements méthodologiques et qualification de schémas de calcul pour la modélisation des échauffements photoniques dans les dispositifs expérimentaux du futur réacteur d'irradiation technologique Jules Horowitz (RJH)". Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00689995.
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L'objectif de cette thèse est de développer la modélisation des échauffements nucléaires au niveau des dispositifs expérimentaux du futur réacteur d'irradiation technologique Jules Horowitz (RJH). La forte puissance nucléaire spécifique produite (460 kW/l) induit des flux photoniques intenses qui provoquent des échauffements et des gradiants de température importants, qu'il est nécessaire de maîtriser dès la conception. Or, les calculs d'échauffement sont pénalisés par des incertitudes rédhibitoires estimées à une valeur enveloppe et majorante de 30% (2 sigma) provenant des lacunes et incertitudes des données d'émission gamma présentes dans les bibliothèques de données nucléaires de base. Le programme expérimental ADAPh vise à réduire ces incertitudes. Des mesures par détecteurs thermoluminescents (TLD) et par chambres d'ionisation sont réalisées dans les maquettes critiques EOLE (MOX) et MINERVE (UO2). L'interprétation rigoureuse de ces mesures nécessite des développements spécifiques basés sur des simulations Monte-Carlo de transport couplé neutron-gamma et gamma-électron. Les développements effectués se singularisent notamment par la modélisation de phénomènes de cavités et d'émissions gamma retardés par décroissance des produits de fission. Les comparaisons calcul-mesure ont permis d'identifier un biais systématique C/E=0.72 confirmant une tendance des calculs à sous-estimer la mesure. Une méthode d'ajustement Bayésienne a été développée afin de ré-estimer les principales composantes de l'échauffement gamma et de transposer les résultats obtenus aux dispositifs du RJH dans des conditions de représentativité clairement définies. Cette thèse a permis de réduire significativement les incertitudes sur la détermination des échauffements gamma de 30% à 15% (2 sigma)
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Wen, Yida. "Étude d'un système d'éclairage surfacique à géométrie planaire". Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112181.
Texto completoResumen
La réalisation d’un système holographique 3D embarqué dans un véhicule nécessite le développement d’une structure d’éclairage surfacique à géométrie planaire pour générer un faisceau cohérent, directionnel et uniforme. Ce type de système a été jusque là réalisé à base de composants optiques classiques comme des lentilles et des miroirs. L’objectif de cette thèse est de proposer une solution plus compacte grâce à l’utilisation des (nano-) technologies d’intégration pour réaliser une émission cohérente, directionnelle et uniforme sur une grande surface à 633 nm en remplaçant les composants optiques volumineux par un circuit intégré photonique.Nous présentons d’abord de manière générale les applications des composants optiques et photoniques dans le domaine automobile, puis la structure planaire intégrée que nous visons pour l’éclairage du système holographique. Nous montrons ensuite l’intérêt du développement de circuits photoniques à base de guides de nitrure de silicium pour le fonctionnement dans le domaine du visible, comme requis pour la présente application. Les travaux réalisés sur les guides d’onde en Si₃N₄ pour la propagation de la lumière à 633 nm sont alors détaillés. Dans un premier temps, nous introduisons les méthodes théoriques pour analyser les modes guidés et montrons les résultats de calcul des indices des modes 1D et 2D pour dimensionner un guide rectangulaire monomode. Enfin, nous détaillons l’étude théorique et de simulation pour définir certains composants intégrés du circuit visé, comme le diviseur 1 × N de faisceau et les guides d’onde courbes. Nous présentons alors les travaux de fabrication des guides d’ondes Si₃N₄ encapsulés dans la silice, précédemment conçus, et qui présentent une dimension autour de 250 nm × 300 nm. Nous montrons les principales étapes de fabrication en salle blanche, comprenant le dépôt des diélectriques à l’aide de la PECVD, la lithographie assistée par faisceau d’électron (EBL) et la gravure ionique réactive (RIE). Les résultats de fabrication sont évalués et analysés afin d’optimiser le procédé de fabrication. Finalement, nous présentons le banc de caractérisation des guides d’onde et les résultats des pertes optiques mesurées. Le dernier chapitre est dédié à l’étude du couplage d’un mode photonique guidé à un mode plasmonique dans un système de guides d’onde, qui consiste en une chaine de nanoparticules métalliques en Au ou en Ag déposée sur le guide d’onde rectangulaire Si₃N₄. L’état de l’art et l’étude théorique sont d’abord présentés, puis nous montrons les résultats de simulation numérique de l’efficacité de couplage en fonction des tailles des nanoparticules et de la longueur d’onde dans ce système de guides d’onde couplésAn auto-embedded 3D holographic system requires the development of a surface lighting integrateddevice to generate a coherent, directional and uniform lighting beam. Up to now, the realization of this type ofsystem is based on the conventional optical components such as lenses and mirrors. The objective of this thesis isto propose an ultra-compact solution by using the nanotechnologies, in order to realize coherent, directional and uniform light emitting at 633 nm on a large surface in replacing the bulky optical components by a photonic integrated circuit (PIC). In the beginning of the thesis, we present the automotive applications of optics and photonics, and then introduce to the integrated planar structure, which is expected to illuminate the holographic system. We present then our interest of developing silicon nitride waveguides-based PICs, which can be operated in the visible range, as required for the mentioned application. The realized research work on the Si₃N₄ waveguides for the light propagation at 633 nm are then detailed. At first, we introduce the theoretical methods for the analysis of the guided modes and present the calculated indexes of the 1D and 2D modes, which are used to design the single-mode rectangular waveguide. At last, we present exhaustively our theoretical study and simulation work to define some targeted PICs, as the 1 × N beam splitter and the bent waveguides. Then weintroduce the fabrication of the predetermined SiO₂ cladded Si₃N₄ waveguide samples, which have a cross-section size about 250 nm × 300 nm. We present main processes of the fabrication in cleanroom, including the deposition of the dielectric layers by using PECVD, the electron beam lithography (EBL) and the reactive ionicetching (RIE). The fabrication of waveguides has been evaluated and analyzed, in order to optimize the fabrication process. Finally, we present the waveguide’s characterization set-up and the measurement results ofthe optical losses. The last chapter of the thesis is dedicated to the study of the coupling effect from a guidedphotonic mode to a plasmonic mode supported by a guiding structure, which consists of a metallic nanoparticle(Au or Ag) chain deposited on top of the Si₃N₄ rectangular waveguide. The state of the art and the theoretical study are firstly introduced. Then we present the numerical simulation results of the coupling efficiency as a function of nanoparticle’s sizes and operation wavelength in this photonic-plasmonic coupled waveguide system
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Douix, Maurin. "Etude de l'intégration d'un composant capacitif pour la modulation haut débit et basse consommation dans une plateforme photonique sur silicium". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS127/document.
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Les centres de données subissent une augmentation exponentielle du trafic de données, à laquelle la photonique sur silicium apporte une solution grâce à de forts volumes de production, à faibles coûts et à haut rendements. Aujourd'hui la consommation énergétique est un défi supplémentaire à relever face à la densification du réseau. Le modulateur capacitif permet en particulier de réduire la part d'énergie consommée par l'émetteur du circuit photonique qui réalise la modulation d'intensité optique. Les travaux d'intégration et de conception réalisés au cours de cette thèse consistent à introduire un isolant diélectrique au centre du guide d'onde, pour former une capacité silicium/ oxyde/ poly-silicium en régime d'accumulation. Une première version consiste à empiler l'isolant horizontal entre les deux semiconducteurs. Une seconde version complémentaire emploie un isolant vertical au centre du guide d'onde ruban à fente. La première génération de ces composants permet de démontrer leur faisabilité dans la plateforme industrielle de STMicroelectronics. Les mesures conduites au C2N, au CEA-LETI et à STMicroelectronics évaluent les compromis entre l'efficacité, atout du modulateur capacitif, les pertes d'insertion et la bande passante du composant à isolant horizontal. Des pertes de 3 dB/mm sont extraites, dont seulement 0.5 dB/mm dues au poly-silicium. Un taux d'extinction de 2 dB est mesuré à travers 700 µm sur un diagramme de l'œil à 10 Gb/s, grâce à un produit VpLp=5.5 V.mm à 15 nm d'épaisseur d'oxyde (1.2 pF/mm). La consommation électrique du modulateur capacitif est finalement optimisée pour atteindre 1 pJ/bit à 0.9 VppGlobal datacenter data exchange is exponentially growing and silicon photonics is the key answer, thanks to high production volume, at low cost and high yield. Today, energy consumption is a new challenge highlighted by network densification. Capacitive modulators address a specific reduction of the power dedicated to the photonic circuit emitter for light intensity modulation. Design and integration of capacitive modulators are carried out during this thesis. It consists of inserting a dielectric insulator within the optical waveguide center, in order to shape a capacitance with a silicon/ oxide/poly-silicon stack in accumulation regime. A first device is made up of an horizontal insulator stacked between the semiconductors. A second device type comprises a vertical insulator in the center of a slot rib waveguide. The first fabrication release demonstrates device feasibility within STMicroelectronics industrial platform. Characterization results of the first device type from C2N, CEA-LETI and STMicroelectronics evaluate the trade-offs between efficiency - featured by capacitive modulators - insertion losses and bandwidth. 3 dB/mm insertion losses are measured, including 0.5 dB/mm poly-silicon absorption only. 2 dB extinction ratio through 700 µm is evaluated on a 10 Gb/s eye diagram, thanks to a VpLp =5.5 V.mm at 15 nm oxide thickness (1.2 pF/mm). Capacitive modulator power consumption is eventually optimized for 1 pJ/bit at 0.9 Vpp
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Rabbani-Haghighi, Hadi. "Nouveaux matériaux et architectures de dispositifs pour les lasers organiques à l'état solide". Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00643467.
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L'objectif de cette thèse est l'étude de nouveaux matériaux et d'architectures innovantes pour les lasers organiques à l'état solide. Le premier axe de ce travail est consacré à la caractérisation laser d'une nouvelle petite molécule organique appelée " fvin ". L'émission stimulée dans le rouge (vers 650 nm) a été observée dans une couche pure de ce matériau, ce qui est en général impossible dans les colorants organiques en raison du phénomène de " concentration quenching ". La méthode de ruban de pompage de longueur variable (Variable Stripe Length (VSL) technique) a été utilisée pour étudier et mesurer le gain de ce matériau. L'effet laser a été démontré dans une cavité à réseaux de Bragg distribués (DBR) ainsi que sous la forme de laser aléatoire à des intensités de pompe élevées. Le deuxième axe de cette thèse est dédié au design, à la réalisation, à la caractérisation et à la modélisation d'une nouvelle architecture laser organique à cavité externe appelée VECSOL (inspirée de l'architecture traditionnelle des VECSELs inorganiques). Le milieu à gain est une couche de PMMA dopée avec un colorant (Rhodamine 640), déposée par " spin-coating " sur un miroir plan diélectrique. Le laser a été caractérisé avec deux sources de pompage de durées d'impulsion différentes (0.5 ns et 7 ns). Nous avons démontré une émission accordable (sur plus de 40 nm), un faisceau limité par la diffraction et un record d'efficacité de 57% dans une configuration optimisée. La dynamique de l'émission laser a été modélisée grâce aux équations de taux de Tang-Statz-de Mars, adaptées à la géométrie VECSOL. La cavité ouverte de l'architecture réalisée a permis, en outre, l'obtention d'une émission ultraviolette accordable grâce au doublement de fréquence intracavité dans une géométrie VECSOL modifiée.
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Chander, Bhan Chander Bhan. "Photonics-based environmental sensors for automotive air quality monitoring". Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2024. http://www.theses.fr/2024ISAL0120.
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Cette thèse explore les dispositifs de circuits photoniques intégrés (PIC) basés sur une plateforme en nitrure de silicium (SiN), en mettant l'accent sur leur potentiel pour la détection de particules dans l'air, un élément clé des capteurs de l'indice de qualité de l'air (AQI). La haute sensibilité volumique des résonateurs à anneaux (MRR) dans ces dispositifs permet la détection de faibles concentrations de particules, tandis que les forces optiques permettent le piégeage spécifique à la taille des particules. Pour relever les défis liés au piégeage de particules diélectriques de moins de 100 nm, cette recherche explore diverses structures photoniques, y compris des guides d'onde diélectriques, des résonateurs en mode d'ordre supérieur (HOM) et des guides d'onde plasmoniques hybrides. cette étude comprend leur conception, leur fabrication et leur compatibilité avec des plateformes industrielles telles que DAPHNE de STMicroelectronics. L'analyse des forces optiques, réalisée à l'aide de méthodes telles que le tenseur de contrainte de Maxwell (MST) et l'approximation de dipôle discret (DDA), fournit un cadre rigoureux pour optimiser la conception et évaluer différentes structures. Les résultats soulignent le potentiel des guides d'ondes HOM et des guides d'ondes plasmoniques hybrides pour le piégeage optique avancé et la détection de l'IQA, ouvrant ainsi la voie à des approches innovantes pour les applications de surveillance de l'environnementThis thesis explores photonic integrated circuit (PIC) devices based on a silicon nitride (SiN) platform, focusing on their potential for airborne particle detection, a key component of air quality index (AQI) sensors. The bulk sensitivity of the ring resonators (MRR) in these devices enables detection of low particle concentrations, while the optical forces enable size-specific trapping of particles. To address the challenges of trapping dielectric particles smaller than 100 nm, this research explores various photonic structures, including dielectric waveguides, higher-order mode (HOM) resonators and hybrid plasmonic waveguides. The study includes their design, fabrication and compatibility with industrial platforms such as STMicroelectronics' DAPHNE. Optical force analysis, using methods such as Maxwell's stress tensor (MST) and discrete dipole approximation (DDA), provides a rigorous framework for optimizing the design and evaluating different structures.The findings underscore the potential of HOM waveguides and hybrid plasmonic waveguides for advanced optical trapping and AQI sensing, paving the way for innovative approaches to environmental monitoring applications
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Crunteanu, Aurelian. "Conception et développement de dispositifs et matériaux innovants pour la microélectronique et l'optique". Habilitation à diriger des recherches, Université de Limoges, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01054499.
Texto completoResumen
Ce manuscrit présente une synthèse de mes activités de recherche, réalisées principalement au sein du département Minacom du laboratoire XLIM. Fortement multidisciplinaires, elles sont orientées vers la réalisation de dispositifs et systèmes originaux (intégration des matériaux innovants ou développement des dispositifs MEMS pour l'optique) dédiés à la microélectronique (basses et hautes fréquences) et au domaine de l'optique. Après une première partie résumant l'ensemble des activités de recherche et d'encadrement doctoral, la deuxième partie du manuscrit est dédiée à la présentation explicite des travaux de recherche. Tout d'abord, nous présentons le développement des composants MOEMS (ou MEMS optiques) et leur intégration (comme modulateurs actifs et, en même temps, miroirs de fond de cavité) dans des systèmes lasers à fibre. Nous montrons que l'association de ces modulateurs compacts et rapides au déclenchement de cavités lasers courtes, permet d'obtenir des impulsions laser très courtes, en régime nanoseconde. Ces microcomposants offrent un fort potentiel de miniaturisation et de réduction du coût des sources lasers impulsionnelles à fibre optique et montrent également leur capacité à atteindre des fréquences de fonctionnement supérieures au mégahertz, compatible au régime à verrouillage de modes d'une cavité laser. Leur robustesse et leur faible niveau d'activation (10 V-50 V) en font de bons candidats pour remplacer les solutions de modulations actuels (électro- ou acousto-optiques). Par la suite, nos recherches se sont étendues à l'association des sources lasers avec les propriétés remarquables des dispositifs MOEMS (compacité, faibles pertes d'insertion, achromaticité etc.) pour créer des systèmes lasers impulsionnels complexes : lasers fibrés avec des impulsions nanosecondes de forte puissance crête avec fréquences de récurrence ajustable, systèmes lasers bi- longueur d'onde, système de sélectivité spectrale en utilisant une source de continuum et une matrice de micro- miroirs, multiplexage temporel et spectral de sources lasers à MOEMS pour un fonctionnement à haute cadence etc. Les résultats obtenus permettent d'envisager des développements innovants dans des domaines comme la bio- photoniques (diagnostic ou tri cellulaire, tomographie optique cohérente), télécommunications, microscopie confocale, radar optique, etc. La suite du travail présenté dans ce mémoire concerne la conception et la fabrication de dispositifs reconfigurables pour la microélectronique basses et hautes fréquences (du DC aux fréquences THz) basés sur la transition réversible semi-conducteur- métal (Metal- Insulator Transition - MIT ou transition de Mott) d'un matériau " intelligent " : le dioxyde de vanadium, VO2. Actuellement, les matériaux intelligents font l'objet de beaucoup d'attention de la part de la communauté scientifique à cause de leurs caractères évolutifs et adaptatifs qui font d'eux des candidats potentiels pour de nombreuses applications (transmission de l'information, optoélectronique, matériaux artificiels). Nous avons utilisé les propriétés exceptionnels du matériau VO2 en couches minces pour concevoir et développer de nouveaux concepts de commutateurs et de dispositifs rapides fonctionnant dans les domaines DC, RF -micro-ondes, Térahertz et optique. Nous montrons que dans le couches minces de VO2 obtenus par ablation laser (PLD) ou par évaporation à faisceaux d'électrons, cette transition MIT est accompagnée par un changement rapide et remarquable des propriétés électriques et optiques du matériau (e.g. changement de quatre à cinq ordres de grandeur de résistivité entre les deux états). La transition MIT dans le matériau VO2 peut être initiée de différentes manières : thermiquement, électriquement ou optiquement. Dans un premier temps, nous exploitons l'important changement des propriétés électriques/ diélectriques de ce matériau soumis à un actionnement thermique et électrique pour réaliser des commutateurs micro-ondes en technologie coplanaire, et ensuite des dispositifs plus complexes comme des limiteurs de puissance large bande, des filtres micro-ondes à rejection de bande et à fréquences accordables ou encore des composants hybrides type métamatériaux accordables dans le domaine THz. Les composants intégrant le matériau VO2 présentent des propriétés intéressantes, notamment sur le plan des caractéristiques électriques ou ils montrent un comportement très large bande et de fortes isolations. Ils peuvent se positionner comme des solutions alternatives intéressantes aux technologies classiques (semi-conducteurs et dispositifs électromécaniques) utilisées dans la fabrication de composants millimétriques et submillimétriques. A un niveau plus fondamental (mais avec des applications potentiels très intéressantes), nous avons caractérisé les propriétés électriques fortement non-linéaires des couches minces de VO2 (apparition du phénomène de résistance négative différentielle (NDR) dans leurs caractéristiques courant-tension) et nous avons mis en évidence, la génération d'auto-oscillations électriques dans des dispositifs à base de films de VO2. Ces résultats nous permettent d'envisager dans un futur proche plusieurs directions de recherche innovantes basées sur l'utilisation des matériaux présentant des transitions MIT ou des transitions de phase, sous la forme de couches minces ou de nanostructures (nano-agrégats, nano-fils etc.). La dernière partie du mémoire est dédié aux perspectives de recherche à moyen et long terme en systématisant les directions de recherches que nous poursuivrons dans les prochaines années autour de l'étude et l'intégration de matériaux à propriétés accordables (couches minces ou nanostructures) dans des dispositifs innovants pour des applications comme le traitement de l'information, l'énergie ou la détection de grandeurs physiques variées.
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Vedraine, Sylvain. "Intégration de nanostructures plasmoniques au sein de dispositifs photovoltaïques organiques : étude numérique et expérimentale". Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00799088.
Texto completoResumen
Les cellules solaires en couches minces permettent de produire de l'énergie à bas-coût et sans émission de gaz à effet de serre. Dans le but de réaliser des dispositifs toujours plus performants, nous étudions l'impact de l'intégration de nanostructures métalliques (NSs) au sein de cellules solaires organiques (CSO). Ces NSs peuvent alors générer des effets diffusifs et des résonances issues de plasmons de surface. A l'aide d'un modèle numérique FDTD, nous démontrons que l'ingénierie plasmonique peut servir à augmenter l'absorption dans le matériau photoactif tout en limitant l'énergie perdue sous forme de chaleur dans les NSs. L'influence de paramètres opto-géométriques de structures associant matériaux organiques et effets plasmoniques est étudiée (diamètre, position des particules dans la couche et période du réseau de particules sphériques). Expérimentalement, des NSs d'argent ont été réalisées par évaporation sous vide puis intégrées dans des couches organiques. Nous avons mesuré une exaltation de l'absorption optique dans la gamme spectrale utile à la photo-conversion. Trois architectures différentes de CSO plasmonique ont été fabriquées et caractérisées par MEB, TEM et ToF-SIMS, puis modélisées, permettant d'identifier des verrous technologiques et de proposer des pistes d'amélioration. Nous avons aussi intégré des NSs au sein d'un empilement transparent et conducteur de type oxyde/métal/oxyde, dans le but de remplacer l'électrode classique en oxyde d'indium et d'étain d'une CSO. Le rôle de chaque couche de l'empilement sur le comportement optique de l'électrode est discuté. Les épaisseurs des couches d'une électrode de type ZnO/Ag/ZnO ont été optimisées.
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Regrettier, Thomas. "Modulateurs de lumière à commande optique composés d'une couche photovoltaïque organique". Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAD038.
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Les performances des modulateurs de lumières à commande optique (OASLMs) à base de cristaux liquides (CLs) dépendent fortement des propriétés de la couche photosensible. Afin de concilier transparence, résolution latérale et production à bas coûts, les semi-conducteurs organiques apparaissent comme des candidats idéaux. Nous avons choisi d'utiliser un mélange P3HT:PCBM comme couche photosensible. Nos résultats ont montré que les cristaux liquides se réorientaient en fonction de l'intensité lumineuse seule et sans tension appliquée. Des mesures complémentaires indiquent que l'effet photovoltaïque est à l'origine de ce phénomène. Ce type de dispositif nous permet de moduler spatialement l'orientation des CLs et démontre son potentiel dans des applications liées à l'holographie. Un second type de dispositif intégrant des couches d'interfaces de PEIE et de PEDOT:PSS nous permet de contrôler l'orientation des CLs et donne de nouvelles pistes permettant de fabriquer des OASLMs autonomesThe performances of liquid crystals (LCs) based optically addressed Spatial Light Modulators (OASLMs) strongly depends on the photosensitive layer properties. To accommodate device transparency, lateral resolution and low cost production, organic semiconductors appear as the ideal candidates. We chose to use a P3HT: PCBM blend as the photosensitive layer. Our results showed that the liquid crystals reorient according to the luminous intensity alone and without external power supply. Additional measurements indicate that the photovoltaic effect is at the origin of this phenomenon. This type of device allowed spatial modulation of the LCs orientation and demonstrates its potential in holographic applications. A second type of device integrating interfacial layers of PEIE and PEDOT: PSS allowed us to control the orientation of the LCs and gives promising routes towards the design of self-sustainable OASLMs
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Carette, Michèle. "Etude des propriétés remarquables de nanofils optiques InP/polymère en vue de la réalisation de fonctions optoélectroniques hyperfréquences". Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00460628.
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L'objectif de cette étude est l'évaluation des potentialités de la nanophotonique à fort contraste d'indice pour la réalisation de deux fonctions optoélectroniques hyperfréquences : une fonction retard variable et un interrupteur tout optique ultrarapide. Nous proposons l'utilisation de nanofils d'InP insérés dans une matrice de faible indice optique en benzocyclobutène par report de substrat. Cette structure bénéficie des propriétés des matériaux III-V pour la réalisation de fonctions actives. La réalisation d'une telle structure passe par l'optimisation d'un procédé technologique de haute résolution, pour palier la forte sensibilité des nanofils à toute variation de taille. La qualité de la technologie employée a été démontrée par la caractérisation optique de nos structures, avec la mise en évidence de pertes de propagation inférieures à 10 dB/cm et d'une réduction importante des pertes de couplage. Les caractéristiques ainsi obtenues font des nanofils d'InP dans le BCB une structure de qualité pour la réalisation de fonctions actives et nous permettent d'étudier les phénomènes physiques à l'origine des fonctions envisagées. Ainsi, la faisabilité de réseaux de Bragg sur nanofil d'InP dans le BCB a pu être mise en évidence et leur potentialité pour la création de retards hyperfréquences liés au phénomène de lumière lente a été évaluée à environ 1 ns pour des réseaux de 1 mm de long. Par ailleurs, le phénomène de saturation d'absorption a également été démontré et permettra la création d'un interrupteur tout optique. En outre, des pistes ont été proposées pour assurer le caractère ultrarapide et en diminuer la puissance de commande.
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Liu, Qiankun. "SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS166/document.
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La spectroscopie dans le moyen-infrarouge est une méthode universelle pour identifier les substances chimiques et biologiques, car la plupart des molécules ont leurs résonances de vibration et de rotation dans cette plage de longueurs d'onde. Les systèmes moyen infrarouge disponibles dans le commerce reposent sur des équipements volumineux et coûteux, tandis que de nombreux efforts sont maintenant consacrés à la réduction de leur taille et leur intégration sur circuits intégrés. L’utilisation de la technologie silicium pour la réalisation de circuits photoniques dans le moyen-infrarouge présente de nombreux avantages: fabrication fiable, à grand volume, et réalisation de circuits photoniques à hautes performances, compacts, légers et à faible consommation énergétique. Ces avantages sont particulièrement intéressant pour les systèmes de détection spectroscopique moyen infrarouge, qui besoin d'être portable et à faible coût. Parmi les différents matériaux disponibles en photonique silicium, les alliages silicium-germanium (SiGe) à forte concentration en Ge sont particulièrement intéressants en raison de la grande fenêtre de transparence du Ge, pouvant atteindre 15 µm. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier une nouvelle plate-forme SiGe à forte concentration en Ge, pour la démonstration de circuits photoniques moyen infra rouge. Cette nouvelle plate-forme devrait bénéficier d'une large gamme de transparence en longueurs d'onde de transparence et de la possibilité d’ajuster les propriétés des guides optiques (indice effectif, dispersion,…). Au cours de cette thèse, différentes plates-formes basées sur différents profils graduels du guide d’onde ont été étudiées. Tout d'abord, il a été démontré qu’il était possible d’obtenir des guides présentant de faibles pertes optiques inférieures à 3 dB/cm dans une large plage de longueurs d'onde, de 5,5 à 8,5 µm. Une preuve de concept de détection de molécules, basée sur l'absorption de la partie évanescent du mode optique a ensuite été démontrée. Ensuite, les composants formant les briques de base classiques de la photonique intégrée ont été étudiés. Les premières cavités intégrées ont été réalisées à 8 µm. Deux configurations ont été étudiées : des cavité Fabry-Perot utilisant des miroirs de Bragg intégrés dans les guides d’onde et des résonateurs en anneau. Un spectromètre à transformée de Fourier fonctionnant sur une large bande spectrale, et pour les deux polarisations de la lumière a également été démontré. Tous ces résultats reposent sur la conception des matériaux et des composants, la fabrication en salle blanche et la caractérisation expérimentale. Ce travail a été effectué dans le cadre du projet européen INsPIRE en collaboration avec le Pr. Giovanni Isella de Politecnico Di MilanoMid-infrared (mid-IR) spectroscopy is a nearly universal way to identify chemical and biological substances, as most of the molecules have their vibrational and rotational resonances in the mid-IR wavelength range. Commercially available mid-IR systems are based on bulky and expensive equipment, while lots of efforts are now devoted to the reduction of their size down to chip-scale dimensions. The use of silicon photonics for the demonstration of mid-IR photonic circuits will benefit from reliable and high-volume fabrication to offer high performance, low cost, compact, lightweight and power consumption photonic circuits, which is particularly interesting for mid-IR spectroscopic sensing systems that need to be portable and low cost. Among the different materials available in silicon photonics, Germanium (Ge) and Silicon-Germanium (SiGe) alloys with a high Ge concentration are particularly interesting because of the wide transparency window of Ge up to 15 µm. In this context, the objective of this thesis is to investigate a new Ge-rich graded SiGe platform for mid-IR photonic circuits. Such new plateform was expected to benefit from a wide transparency wavelength range and a high versatility in terms of optical engineering (effective index, dispersion, …). During this thesis, different waveguides platforms based on different graded profiles have been investigated. First it has been shown that waveguides with low optical losses of less than 3 dB/cm can be obtained in a wide wavelength range, from 5.5 to 8.5 µm. A proof of concept of sensing based on the absorption of the evanescent component of the optical mode has then been demonstrated. Finally, elementary building blocs have been investigated. The first Bragg mirror-based Fabry Perot cavities and racetrack resonators have been demonstrated around 8 µm wavelength. A broadband dual-polarization MIR integrated spatial heterodyne Fourier-Transform spectrometer has also been obtained. All these results rely on material and device design, clean-room fabrication and experimental characterization. This work was done in the Framework of EU project INsPIRE in collaboration with Pr. Giovanni Isella from Politecnico Di Milano
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Chastanet, Daniel. "Nouvelles sources compactes dans le moyen-infrarouge : Lasers à cascade quantique au-delà de 16 microns et LED électroluminescentes en régime de couplage fort". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS143/document.
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Le lointain infrarouge (16 µm < λ < 30 µm) est un domaine important pour des applications telles que la détection de large molécules organiques (dont les empreintes d'absorption tombe dans cette gamme de longueur d'onde) et pour la radio-astronomie (oscillateurs locaux pour la détection hétérodyne). Malheureusement, cette fenêtre de transparence atmosphérique, communément appelé la 4eme fenêtre de transparence, est un domaine quasi inexploré.Les LCQ sont des sources de lumière cohérentes, couvrant une gamme allant du moyen infrarouge jusqu'au THz, basées sur l'ingénierie de structures de bandes de matériaux semi-conducteurs. Ils démontrent d'excellentes performances dans le domaine du proche infrarouge mais leur efficacité diminue dans la 4ème fenêtre et au-delà.L'un des buts de cette thèse est le développement d'une nouvelle génération de LCQ capable de couvrir cette zone spectral avec de bonnes performances, en terme de puissance de sortie du dispositif et de température maximale d'opération. Un point clé dans cette optique est l'utilisation d'un nouveau système de matériaux pour ces longueurs d'onde : l'InAs/AlSb. L'avantage de cette solution réside dans sa très faible masse effective : 0,023 m0 (comparée à 0,043 m0 dans les puits d'InGaAs), qui permet d’obtenir un gain plus élevé, résultant dans l'amélioration significative des performances.Une autre approche fondamentalement différente réside dans le régime de couplage fort. L'utilisation d'un temps caractéristique ultra-rapide, associé aux oscillations de Rabi, peut permettre dans un premier temps de réaliser des sources électroluminescentes avec un meilleur rendement quantique (comparé à une transition inter-sous-bandes nue). Les pseudos particules qui découlent du régime de couplage fort dans les transitions inter-sous-bandes (appelés polaritons inter-sous-bandes) peuvent sous certaines limites se comporter comme des bosons. On entrevoit alors la possibilité de réaliser des sources cohérentes basées sur la relaxation d'un condensat polaritoniqueThe far infrared (16 µm < λ < 30 µm) is an important area for applications such as detecting wide organic molecules (whose absorption fingerprints falls in this wavelength range) and for radio-astronomy (local oscillator for the heterodyne detection). Unfortunately, the atmospheric transparency window, commonly called the 4th transparency window is almost unexplored.QCL are coherent light sources, covering a range from infrared to THz, based on the engineering of band structures of semiconductors. They have excellent performances in the mid infrared but their effectiveness diminishes in the 4th window and beyond.One aim of this thesis is the development of a new generation of QCL able to cover this spectral region with good performance in terms of output power and maximum operating temperature. A key point in this context is the use of a new material system for these wavelengths: InAs / AlSb. The advantage of this solution is its very small effective mass : 0.023 m0 (compared to 0.043 m0 in the InGaAs wells), which provides a higher gain, resulting in significant performances improvement.Another fundamentally different approach lies in the strong coupling regime. Using an ultra-fast characteristic time associated with Rabi oscillations, can allow the realization of emitting sources with improved quantum efficiency (compared to an bare inter-subband transition). pseudo particles arising from the strong coupling regime in the inter-subband transitions (called polaritons inter-sub-bands) may under certain limits behave as bosons. One then sees the possibility of coherent sources based on the relaxation of a polariton condensate