Thèses sur le sujet « Réseaux photoniques »
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Jafari, Omid. « Transmetteurs photoniques sur silicium pour la prochaine génération de réseaux optiques ». Doctoral thesis, Université Laval, 2021. http://hdl.handle.net/20.500.11794/69491.
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Guida, Geraldine. « Contribution à l'étude électromagnétique des réseaux lacunaires et des cristaux photoniques métalliques ». Aix-Marseille 3, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX30020.
Résumé :
Ce memoire concerne l'etude electromagnetique de structures a la transition entre des structures ordonnees et des structures desordonnees. Dans une premiere partie, nous etudions les proprietes generales des reseaux lacunaires. Nous montrons que ces structures presentent une transition de type ordre/desordre continue quand le taux de lacunarite augmente. Des mesures accessibles par l'experimentateur permettent alors d'obtenir ce taux. D'autre part, nous exhibons un phenomene original: le phenomene de diffusion normale exaltee, auquel nous proposons une explication, nous donnons ses proprietes et les conditions d'observation. Dans une seconde partie, nous etudions les cristaux photoniques metalliques bidimensionnels et tridimensionnels dans le cadre d'applications en microondes. Pour etudier les derniers, nous utilisons une adaptation de la methode de r. Harrington pour laquelle nous abandonnons deux principales conjectures. Apres validation du code par des tests numeriques classiques, nous verifions que ces hypotheses doivent effectivement etre abandonnees pour les cas qui nous interessent. Nous gagnons alors en precision et, contre toute attente, en simplicite sur le plan numerique. Des resultats numeriques montrent que les cristaux photoniques metalliques sont equivalents a des materiaux homogenes presentant une frequence plasmon dans la region microondes
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Gralak, Boris. « Etude théorique et numérique des propriétés des structures à bandes interdites photoniques ». Aix-Marseille 3, 2001. http://www.theses.fr/2001AIX30032.
Résumé :
Ce travail est basé sur l'étude théorique et numérique des propriétés des cristaux photoniques. Nous envisageons, dans un ordre de complexité croissant, les cas de structures 1D, 2D et 3D. Une attention particulière est portée aux relations de dispersion des modes de Bloch du cristal. Ces relations contiennent en effet un grand nombre d'informations, non seulement sur le champs dans le cristal (sur le cheminement de l'énergie par exemple), mais elles permettent également de comprendre et de prévoir comment s'effectue, aux frontières d'un cristal limité, le couplage entre le champ intérieur et le champ exterieur. L'exploitation de ces propriétés nous permet de prédire, puis de simuler numériquement, des situations dans lesquelles les cristaux photoniques se comportent comme des milieux d'indice optique inférieur à celui du vide (ultra-réfraction), voire d'indice optique négatif. On montre par exemple qu'il est possible de concevoir des micro-lentilles dont les dimensions et la focale sont de quelques dizaines de longueurs d'ondeThis work is centered on the theoretical and numerical study of the photonic crystals properties. We consider, in an increasing order of complexity, the cases of 1D, 2D and 3D structures. We pay a detailed attention on the dispersion relations of the Bloch modes of the crystal. This relation indeed contains a great number of informations, not only in the field in the crystal (on the energy propagation for example), but it also makes it possible to understand and predict how is carried out the coupling, at the borders of a limited crystal, between the interior field and the exterior field. The exploitation of these properties enable us to predict, then to simulate numerically, some situations in which the photonic crystals behave like mediums of optical index lower than that of the vacuum (ultra-refraction), even of negative optical index. It is shown for example that it is possible to design micro-lenses whose dimensions and focal distance are a few tens of wavelengths. We worked out a numerical method partcularly adapted to the woodpile photonic crystals
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Collin, Stéphane. « Résonances photoniques dans les réseaux métalliques : théorie et application à la photodétection ultrarapide ». Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00142103.
Résumé :
Les nanostructures métalliques présentent, grâce aux résonances de surface qu'elles supportent, la possibilité de confiner et de contrôler la lumière sur des dimensions très inférieures à la longueur d'onde. Durant cette thèse, nous avons étudié le cas des réseaux de fentes métalliques.Nous avons mis en oeuvre un calcul original des courbes de dispersion complexes des réseaux métalliques, basé sur une méthode modale et un formalisme de matrice S. Le calcul des structures de bandes photoniques complexes et de la répartition spatiale du champ électromagnétique a permis de décrire précisément les résonances de surface horizontales et verticales, leurs conditions d'excitation ainsi que leurs durées de vie radiatives et non radiatives. Leurs propriétés de confinement et de transmission de la lumière dans des fentes très fines devant la longueur d'onde offrent de nouvelles possibilités en optoélectronique.
Nous proposons en particulier deux structures de type métal-semiconducteur-métal pour la photodétection ultrarapide, dans lesquelles le confinement de l'absorption permet de repousser le compromis habituel entre rendement et vitesse. La première structure est un réseau métal/semiconducteur dans lequel la lumière est absorbée entre les électrodes. La seconde structure permet une absorption efficace dans une fine couche sous le réseau métallique. Ces deux photodétecteurs, dont la distance inter-électrode est d'environ 100 nm, ont été fabriqués sur substrat de GaAs. Le bon accord des mesures de réflectivité et de photocourant avec la théorie a permis de valider cette approche, qui pourra notamment être appliquée aux longueurs d'onde des télécommunications.
Les dimensions mises en jeu rendent possibles des fréquences de coupure de plusieurs centaines de GHz, avec un rendement théorique de 75 % indépendamment de la polarisation de la lumière. Ces résultats ouvrent la voie à une nouvelle génération de photodétecteurs ultrarapides.
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Collin, Stéphane. « Résonnances photoniques dans les réseaux métalliques : théorie et application à la photodétection ultrarapide ». Paris 6, 2002. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00142103.
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Sarrazin, Michaël. « Etude de propriétés optiques liées à la transmission de cristaux photoniques bidimensionnels ». Besançon, 2002. http://www.theses.fr/2002BESA2012.
Résumé :
Le travail présenté repose sur l'étude de cristaux photoniques bidimensionnels et sur la mise en place des outils théoriques correspondants. La spécificité de notre travail repose sur deux aspects. Premièrement, nous avons eu recours à un programme général d'étude de multicouches, éventuellement rugueuses ou percées de trous, reposant sur une méthode de modes couplés et l'utilisation du formalisme de la matrice S. A partir de ce programme, nous avons cherché à obtenir un certain nombre de paramètres pertinents dans l'étude des systèmes optiques. Ces paramètres correspondent au calcul des coefficients de transmission et réflexion, dont on peut déduire les pertes en énergie. De plus, nous avons développé le calcul de cartes du champ proche et du champ dans le volume du système étudié, avec la possibilité, dans le cadre d'un problème de diffraction, de sélectionner certains ordres et certaines polarisations particulières. On peut y ajouter également la détermination, par l'étude directe des propriétés de la matrice S (entre autre de ses pôles), des modes propres du système étudié. Deuxièmement, le début de ce travail a coi͏̈ncidé avec la publication en 1998 de résultats concernant l'étude expérimentale de cristaux photoniques bidimensionnels constitués d'une couche métallique percée de trous sublongueurs d'onde répartis selon un réseau à deux dimensions et déposée sur un substrat diélectrique. Aussi, nous avons tourné l'essentiel de notre travail vers l'analyse de ces expériences. Nous avons montré que, dans le cadre de ces expériences, la notion de modes propres associés à un système donné revêt un intérêt crucial. Plus particulièrement, nous avons soulevé l'importance de l'analyse des anomalies de Wood résonantes dans l'interprétation de ces expériences.
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Fehrembach, Anne-Laure. « Réseaux résonnants à Bande Interdite Photonique, nouveaux filtres pour le D. W. D. M ». Aix-Marseille 3, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX30028.
Résumé :
Les débits des télécommunications optiques sont considérablement accrus par le multiplexage dense en longueur d'onde (D. W. D. M. ). Pour séparer les différents canaux, des filtres fréquentiels ultra-sélectifs sont nécessaires. Les réseaux résonnants, formés d'un réseau gravé sur un guide d'onde plan, sont une solution potentielle. Ces structures supportent des modes propres pouvant être excités par une onde issue d'une fibre optique. L'excitation produit un pic de résonance en réflexion, à une longueur d'onde et un angle d'incidence donnés. Le pic ne possède en général pas les qualités requises pour le D. W. D. M. : en incidence oblique, les tolérances angulaire et spectrale sont faibles et les profils dépendent de la polarisation. En conjuguant les concepts des cristaux photoniques, une théorie phénoménologique rigoureuse et une théorie perturbative, nous concevons un filtre répondant à toutes les contraintes imposées par le D. W. D. M. . Nos résultats sont validés par des exemples numériquesDense wavelength division multiplexing (D. W. D. M. ) significantly increases the optical telecommunication transmission rates. To separate the channels, narrow band spectral filters are necessary. Resonant gratings, composed with a grating engraved on a planar waveguide, are a potential solution. These structures support eigenmodes, which can be excited by a wave coming out of an optical fiber. The excitation creates a resonance peak in the reflected beam, for a given wavelength and incidence angle. In general, the peak does not exhibit the qualities required for the D. W. D. M. : at oblique incidence, the angular and spectral tolerances are weak, and the line shapes are polarization dependent. Combining photonic crystals concepts, a rigorous phenomenological theory, and a perturbative theory, we design a filter that meet all the conditions imposed by the D. W. D. M.
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Dahdah, Jean. « Etude théorique et expérimentale de cavités photoniques en niobate de lithium : appliquation à la détection de gaz ». Besançon, 2010. http://www.theses.fr/2010BESA2045.
Résumé :
Les travaux de thèses reposent sur l'étude et le développement des structurez photoniques sur niobate de lithium pour des applications capteurs de gaz. L'originalité du travail est d'étudier l'effet de l'absorption des couches de porphyrines spécifiques à la détection du benzène et déposées sur le cristal photonique sur la réponse spectrale de ce dernier. En premier lieu, une étude théorique par des méthodes numériques, maîtrisées a laboratoire d'optique (FDTD, PWE), étaient nécessaires pour étudier l'effet de la présence de certains gaz sur la réponse spectrale des cristaux photoniques. Nous avons montré qu'avec la structure choisie, une variation de la transmission de de 23 % est obtenue lorsque le système est exposé à 50ppm de benzène. La sensibilité de la structure au benzène est estimée à 2,3ppm. En second lieu, nous avons étudié des réalisations en salle blanche des structures photoniques. En utilisant la méthode de gravure directe par faisceau d'ions focalisé (FIB), on a réalisé plusieurs cavités photoniques sur des guides d'ondes optiques fabriqués en collaboration avec Photoline Technologies. Un banc de caractérisation automatisé (interface GPI) en réflexion et en transmission est monté pour vérifier les prédictions théoriques. En plus, les études théoriques et expérimentales en champ proche optique ont été réalisées pour mettre en évidence la résonance des cavités gravées sur niobate de lithium. Ainsi ces études expérimentales sont les premières sur ce type de matériauxIn this thesis we show photonic crystal cavities can be exploited for sensing application, provided that theyare filled with a sensitive absorbent layer. A Lorentz dispersion model implementedin a 2D-FDTD code shoxw that the abbsorption of the layer can be exploited for enhancing the sensitivity of the sensor. We found that a variation of the refractive index of 10-7 leads to a variation of the transmittivity of 23% at the resonnance peak. Also, we will report the first study and realization of two types of tithium niobate photonic cavities (LiNbO3 PhCs). The choice of the LiNbO3 substrate is motived by its capability of combiningpiezoelectric, electro-optical, acousto-optical, non-linear optical properties, which offers the perspective of controlling the operating point of of photonic devices such as sensors. The cavities wre fabricated by focused ion beam (FIB) milling, on annealed proton exchange (APE) sttrip waveguide. Numerical analysis with plane wave expansion method (PWE) has been realized to define the lattice parameters of the studied structures. This study was followed by finite difference time domain (FDTD) simulations to extractthe transmission and reflexion spectra of the cavities. Experimental setup was mounted to characterize the PhCs cavities, wherethe incident light consists of a supercontiuum powerful white source. In addition, experimental near field measurements (SNOM) show the presence of resonnance mode at the defect region of the cavity
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Bruckner, Jean-Baptiste. « Réseaux de diffraction et métamatériaux photoniques pour le contrôle de la lumière dans le visible et l’infrarouge ». Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4319.
Résumé :
Grâce aux récents progrès dans le domaine de la nanofabrication, la réalisation de structures photoniques a été rendue possible, permettant le contrôle de rayonnements lumineux utiles en tant que vecteurs d'informations ou pour la collecte de l'énergie. Ce manuscrit de thèse rassemble les études menées en collaboration avec Thalès Optronique sur deux démonstrateurs du projet ANR NPOEM, dont l'objectif est de réaliser des structures photoniques sur substrats souples par nanoimpression. Le premier démonstrateur consiste en un antireflet utilisant le domaine de résonance de réseaux de diffraction bipériodiques composés de motifs pyramidaux. Des réseaux de structures coniques à méplat lisse, structuré ou rugueux ont été modélisés par FDTD et RCWA, réalisées en collaboration avec le LTM et le CEA Liten, puis caractérisés à l'IM2NP. Les performances antireflets obtenues sont remarquables (réflectivité inférieure à 2% en incidence normale) et s'étendent sur une très large gamme spectrale du visible à l'infrarouge. Le second démonstrateur présente une fonction de filtrage de type passe-bas dans le visible et l'infrarouge. Une étude de plusieurs structures résonnantes de type métamatériaux (croix métalliques, empilement métal-diélectrique-métal, cônes métalliques et plaque métallique perforée) a montré les phénomènes de propagation singuliers liées aux petites dimensions (modes de bord, ondes de surface et couplages de proximité) et a conduit à la réalisation finale d'un filtre flexible et de large surface présentant les propriétés souhaitées. Les composants photoniques réalisés dans cette thèse trouvent leurs applications dans les domaines de la furtivité et du solaire thermiqueThanks to recent advances in nanofabrication, the realization of photonic structures was possible, allowing the control of light as an information vector or for energy harvesting. This PhD thesis adresses the studies carried out in collaboration with Thales Optronics on two demonstrators for the ANR NPOEM research project, whose objective is to fabricate photonic structures on flexible substrates by nanoimprint technology. The first demonstrator consists of an antireflective coating using resonance phenomena within biperiodic diffraction gratings. Conical structures with flat, rough or patterned tops were modeled by FDTD and RCWA, carried out in collaboration with the CEA Liten LTM and then characterized at the IM2NP institute. The antireflective performances obtained are remarkable (reflection coefficient lower than 2 % at normal incidence) and extend over a wide spectral range from the visible to the infrared region. The second demonstrator presents a low-pass type filtering function at optical and infrared frequencies. A study of several resonant structures such as metamaterials (metallic crosses, metal-dielectric-metal stack, metallic cones and perforated plates) showed singular propagation phenomena related to small dimensions (modes, surface waves and proximity coupling) and led to the completion of a large surface, flexible filter demonstrating the desired properties. The photonic components made during this thesis have applications in the stealth and thermal solar domains
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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.
Résumé :
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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Guérin, Nicolas. « Etude théorique et numérique de la diffraction des réseaux bipérodiques en électromagnétisme : application aux cristaux photoniques et aux antennes directives compactes ». Aix-Marseille 3, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX30026.
Résumé :
Nous présentons une étude théorique et numérique tridimensionnelle de la diffraction par des réseaux bipériodiques de tiges métalliques. Nous utilisons une méthode intégrale basée sur le formalisme de Harrington. Le développement d'une fonction de Green bipériodique rapide nous permet de réduire le nombre d'inconnues à la première cellule élémentaire. Nous simulons alors des structures constituées d'une source entourée d'un cristal photonique métallique surmontant un plan de masse. Le champ émis par la source est décomposé en paquet d'ondes planes par FFT, chaque onde plane donnant naissance à un problème de type réseau. Ces structures permettent de réaliser des antennes directives compactes en télécommunication micro-ondes. Deux solutions sont étudiées : l'une consiste en une cavité résonnante Fabry-Pérot, l'autre utilise les propriétés ultraréfractives des cristaux photoniques en bord de bande interdite (métamatériau). Les résultats obtenus sont confirmés expérimentalementWe describe a theoretical and numerical study for the diffraction by biperiodic gratings of wires. We use an integral method based on the Harrington formalism. The development of a fast biperiodic Green's function allows us to reduce the unknowns to the first cell. We investigate then structures made of a source surrounded by a biperiodic metallic photonic crystal above a ground plane. The field diffracted by the source is expanded in a plane waves packet using FFT, then we solve a grating problem for each plane wave. Theses structures are employed to carry out directive compact antennas in the domain of microwave telecommunications (KU band). We investigate and compare two solutions : the first one is based on a Fabry-Perot like planar resonant cavity, the second solution uses the ultrarefractive properties of a metallic photonic crystal at the band edge (metamaterial). The results are confirmed by experiments in an anechoic chamber
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Maktoobi, Sheler. « Couplage diffractif pour réseaux de neurones optiques ». Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCD019.
Résumé :
Les réseaux photoniques à haute performance peuvent être considérés comme des supports pour les futurs systèmes de calcul. Contrairement à l'électronique, les systèmes photoniques offrent des avantages intéressants, par exemple la possibilité de réaliser des réseaux complètement parallèles. Récemment, les réseaux de neurones ont attiré l'attention de la communauté photonique. L'une des difficultés les plus importantes, en matière de réseaux photoniques parallèles à grande échelle, est la réalisation des connexions. La diffraction est exploitée ici comme méthode pour traiter les connexions entre les nœuds (couplage) dans les réseaux de neurones optiques. Dans cette thèse, nous étudions l'extensibilité d'un couplage diffractif en détails de la façon suivante :Tout d'abord, nous commençons par une introduction générale à propos de l'intelligence artificielle, de l'apprentissage machine, des réseaux de neurones artificiels et des réseaux de neurones photoniques. Lors de la conception d'un réseau neuronal fonctionnel, les règles de l'apprentissage machine sont des éléments essentiels pour optimiser une configuration et ainsi obtenir une faible erreur du système, donc les règles de l'apprentissage sont introduites (chapitre 1). Nous étudions les concepts fondamentaux du couplage diffractif dans notre réservoir spatio-temporel. Dans ce cas, la théorie de la diffraction est expliquée. Nous utilisons un schéma analytique pour fournir les limites en termes de taille des réseaux diffractifs, qui font partie intégrante de notre réseau neuronal photonique (chapitre 2). Les concepts du couplage diffractif sont étudiés expérimentalement dans deux expériences différentes afin de confirmer les limites obtenues analytiquement, et pour déterminer le nombre maximum de nœuds pouvant être couplés dans le réseau photonique (Chapitre 3). Les simulations numériques d'une telle expérience sont basées sur deux schémas différents pour calculer numériquement la taille maximale du réseau, qui approche une surface de 100 mm2 (chapitre 4). Enfin, l'ensemble du réseau neuronal photonique est démontré. Nous concevons un réservoir spatialement étendu sur 900 nœuds. En conséquence, notre système généralise la prédiction pour la séquence chaotique de Mackey-Glass (chapitre 5)Photonic networks with high performance can be considered as substrates for future computing systems. In comparison with electronics, photonic systems have substantial privileges, for instance the possibility of a fully parallel implementation of networks. Recently, neural networks have moved into the center of attention of the photonic community. One of the most important requirements for parallel large-scale photonic networks is to realize the connectivities. Diffraction is considered as a method to process the connections between the nodes (coupling) in optical neural networks. In the current thesis, we evaluate the scalability of a diffractive coupling in more details as follow:First, we begin with a general introductions for artificial intelligence, machine learning, artificial neural network and photonic neural networks. To establish a working neural network, learning rules are an essential part to optimize a configuration for obtaining a low error from the system, hence learning rules are introduced (Chapter 1). We investigate the fundamental concepts of diffractive coupling in our spatio-temporal reservoir. In that case, theory of diffraction is explained. We use an analytical scheme to provide the limits for the size of diffractive networks which is a part of our photonic neural network (Chapter 2). The concepts of diffractive coupling are investigated experimentally by two different experiments to confirm the analytical limits and to obtain maximum number of nodes which can be coupled in the photonic network (Chapter 3). Numerical simulations for such an experimental setup is modeled in two different schemes to obtain the maximum size of network numerically, which approaches a surface of 100 mm2 (Chapter 4). Finally, the complete photonic neural network is demonstrated. We design a spatially extended reservoir for 900 nodes. Consequently, our system generalizes the prediction for the chaotic Mackey–Glass sequence (Chapter 5)
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Meng, Xianqin. « Conception et réalisation de cristaux photoniques et de réseaux de diffraction pour les cellules photovoltaïques silicium en couches ultra-minces ». Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00752950.
Résumé :
Conception et réalisation de cristaux photoniques et de réseaux de diffraction pour les cellules photovoltaïques silicium en couches ultra-minces Ce travail de thèse est consacré au piégeage de la lumière par des cristaux photoniques (CP) et des réseaux de diffraction. L'objectif consiste à intégrer de telles structures dans des cellules solaires à couches ultra-minces de silicium, afin d'augmenter leur rendement de conversion. Nous avons conçu et optimisé des cellules solaires en silicium cristallin (c-Si) assistées par les CP, grâce à la méthode FDTD (Finite Difference Time Domain). En gravant un CP 2D dans la couche active de silicium, l'absorption intégrée sur l'ensemble du spectre est augmentée de 50%. Cette amélioration est atteinte en combinant des modes de Bloch lent et des résonances Fabry-Perot. Afin de réaliser de telles cellules solaires, nous avons développé une filière technologique combinant insolation holographique, gravure ionique réactive et gravure ICP (Inductively Coupled Plasma). Nous avons étudié l'influence des paramètres de ces procédés sur la structuration réalisée. Enfin, les caractéristiques optiques et électriques de ces objets ont été mesurées par nos collaborateurs de l'IMEC, en Belgique. Les mesures d'absorption sont en bon accord avec les prédictions théoriques. De plus, l'absorption intégrée est peu sensible à l'angle d'incidence de la lumière solaire. La cellule solaire structurée comme un CP 2D présente finalement un courant de court-circuit d'environ 15mA/cm², soit 20% plus élevé que dans le cas de la cellule de référence. Par ailleurs, nous avons conçu une cellule solaire en c-Si plus complexe, intégrant des réseaux de diffraction avant et arrière. L'absorption aux grandes longueurs d'onde est augmentée du fait de la période élevée (750 nm) du réseau arrière, tandis que la réflexion en face avant est diminuée du fait de la faible période (250 nm) du réseau avant. Nous avons prédit une augmentation du courant de court-circuit jusqu'à 30m A/cm² pour ce dispositif, en comparaison avec la valeur de 18 mA/cm² correspondant à la cellule de référence non structurée. Ces résultats sont première étape vers le développement de futures générations de cellules solaires assistées par des cristaux photoniques et des réseaux de diffraction.
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Hassouani, Youssef El. « Contribution à l'étude des structures phononiques et photoniques unidimensionnelles périodiques et quasi-périodiques : super-réseaux solide-fluide et guides monomodes ». Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-215.pdf.
Résumé :
Ce travail de thèse présente une contribution à l'étude de la propagation et la localisation des ondes acoustiques et électromagnétiques dans les cristaux phononiques et photoniques unidimensionnels. Notre intérêt a porté principalement sur la propagation des ondes acoustiques dans les matériaux multicouches périodiques de type solide-fluide et les ondes électromagnétiques dans les guides d'ondes monomodes quasipériodiques. L'objectif étant de chercher de nouveaux matériaux avec des bandes interdites larges et étudier l'effet de la présence des inhomogénéités (défaut) dans ces structures telles que : la surface libre, l'interface avec un substrat homogène ou l'existence d'une cavité. Ces résultats sont obtenus à partir d'un calcul analytique détaillé des fonctions de Green qui nous a permis de déterminer les relations de dispersion, les densités d'états locale et totale et les différents coefficients de transmission et de réflexion ainsi que les temps de phase correspondants. Dans le cas des ondes acoustiques de polarisation sagittale dans les super-réseaux solide-fluide, nous avons mis en évidence l'existence et le comportement des modes de surface et d'interface ainsi qu'une règle générale sur l'existence de ces modes. Aussi, nous avons montré que ces systèmes peuvent présenter des gaps omnidirectionnels qui réfléchissent les ondes quelque soit l'angle d'incidence (miroirs acoustiques) ainsi qu'une transmission sélective à travers les modes de défaut et d'interface (filtres acoustiques). Dans le cas des ondes électromagnétiques dans les guides d'ondes monomodes quasi-périodiques (de type Fibonacci) à base de câbles coaxiaux, nous avons mis en évidence certaines propriétés liées à ces systèmes telles que l'auto-similarité avec un facteur d'échelle dans le cas d'une seule séquence de Fibonacci. Aussi, II a été montré que ces systèmes peuvent présenter dans certaines régions de fréquences, des vitesses subluminiques et superluminiques. Dans le cas des séquences périodiques de Fibonacci, nous avons montré des propriétés liées aux bandes permises telles que la fragmentation des spectres de fréquences selon une loi en puissance ainsi que deux types de modes de surface. Les modes de volume et de surface dans ces structures peuvent présenter des comportements liés aux systèmes multifractals. Tous ces résultats sont obtenus à partir de la mesure de l'amplitude et la phase de la transmission à travers ces cristaux photoniques placés soit horizontalement entre deux guides soit verticalement sur un guide. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les résultats théoriquesThis thesis presents a contribution to the study of propagation and localization of acoustic and electromagnetic waves in one-dimensional phononic and photonic crystals. We are mainly interested in acoustic wave propagation in solid-fluid periodic multi-layered media and electromagnetic wave propagation in quasi-periodic monomode waveguides. Our goal was to propose new materials that exhibit large forbidden bands and to study the effect of the presence of inhomogeneities in these structures such as : a free surface, an interface with a homogeneous medium or a defect layer (cavity). These results are obtained using a detailed analytical calculation of the Green's functions which enabled us to determine the dispersion relations, local and total densities of states, transmission and reflection coefficients as weIl as the corresponding phase times. Ln the case of acoustic waves of sagittal polarization in solid-fluid superlattices, we highlighted the existence and the behaviour of the surface and interface modes; in particular we have shown a general ruIe on the existence of these modes. Also, we have shown that these systems can present omnidirectional band gaps where aIl incident angles are reflected (acoustic mirrors) as weIl as a selective transmission through defect and interface modes (acoustic filters). Ln the case of electromagnetic waves in quasi-periodic (Fibonacci) monomode waveguides constituted of coaxial cables, we highlighted sorne properties related to these systems such as: the self-similarity of the transmission spectrum with a scaling factor in the case of a single Fibonacci sequence. Also, it was shown that these systems can present in sorne regions of frequencies, subluminal and superluminal velocities. Ln the case of periodic Fibonacci sequences, we have shown some properties related to the allowed bands such as the fragmentation of the frequency spectra according to a power law as weIl as the existence of two types of surface modes. The surface and bulk modes in these Structures can exhibit particular behaviours related to multifractal systems. AIl these results are obtained from the measurement of the amplitude and the phase of the transmission coefficient through these photonic crystals when the latter are either inserted horizontally between two guides or placed vertically on a guide. The experimental and theoretical results are in~ood agreement
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Sarrazin, Michael. « Etude de propriétés optiques liées à la transmission de cristaux photoniques bidimensionnels ». Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002972.
Résumé :
Le travail présenté ici repose sur l'étude de cristaux photoniques bidimensionnels et sur la mise en place des outils théoriques correspondants. La spécificité de notre travail repose sur deux aspects. Premièrement, nous avons eu recours à un programme général d'étude de multicouches, éventuellement rugueuses ou percées de trous, reposant sur une méthode de modes couplés et l'utilisation du formalisme de la matrice S. A partir de ce programme, nous avons cherché à obtenir un certain nombre de paramètres pertinents dans l'étude des systèmes optiques. Ces paramètres correspondent au calcul des coefficients de transmission et réflexion, dont on peut déduire les pertes en énergie. De plus, nous avons développé le calcul de cartes du champ proche et du champ dans le volume du système étudié, avec la possibilité, dans le cadre d'un problème de diffraction, de sélectionner certains ordres et certaines polarisations particulières. On peut y ajouter également la détermination, par l'étude directe des propriétés de la matrice S (entre autre de ses pôles), des modes propres du système étudié. Deuxièmement, le début de ce travail a coïncidé avec la publication en 1998 de résultats concernant l'étude expérimentale de cristaux photoniques bidimensionnels constitués d'une couche métallique percée de trous sublongueurs d'onde répartis selon un réseau à deux dimensions et déposée sur un substrat diélectrique. Aussi, nous avons tourné l'essentiel de notre travail vers l'analyse de ces expériences. Nous avons montré que, dans le cadre de ces expériences, la notion de modes propres associés à un système donné revêt un intérêt crucial. Plus particulièrement, nous avons soulevé l'importance de l'analyse des anomalies de Wood résonantes dans l'interprétation de ces expériences.
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Palavicini, Cham Carlos Alberto. « Analyse de composants photoniques par réflectométrie à faible cohérence sensible à la phase ». Phd thesis, Télécom ParisTech, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000751.
Résumé :
L'émergence des amplificateurs à fibre et l'inévitable accroissement du débit ont drastiquement augmenté la complexité des systèmes de transmission optiques, imposant une évolution des composants photoniques. Des techniques de caractérisation fiables et précises sont alors indispensables pour mener une analyse appropriée des caractéristiques et des performances desdits composants. La réflectométrie à faible cohérence sensible à la phase est une technique bien adaptée à la détection, localisation et quantification des discontinuités d'indice dans les composants optiques et photoniques. Dans le cadre de cette thèse, elle a été appliquée à l'analyse de différents composants photoniques innovants, tels que les réseaux de Bragg à fibre, les fibres optiques spéciales et les lasers à semi-conducteurs soumis à une injection optique. Les résultats obtenus situent cette technique comme un véritable outil d'investigation qui s'avère très performant pour l'assistance et l'aide à la conception des nouvelles générations de composants photoniques.
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Pierre, Raphaël. « Propriétés effectives d'un cristal photonique. Extensions de la méthode des sources fictives. Application à l'étude du guidage de modes quasi-TEM uniformes ». Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00360840.
Résumé :
Le premier volet de ce document est dédié à l'obtention des grandeurs effectives d'un cristal photonique monodimensionnel. La méthode employée consiste à calquer les propriétés en dispersion et en réflexion d'un cristal sur celles d'un milieu homogène anisotrope. Cette nouvelle approche permet d'atteindre les permittivité et perméabilité effectives du cristal sous la forme d'un couple de tenseurs. Leur expression indique un critère nécessaire pour réaliser l'adaptation d'impédance entre un cristal et le milieu ambiant. Celui-ci est alors étendu puis appliqué aux cristaux bidimensionnels.Le second volet est l'étude du guidage de modes quasi-TEM uniformes dans un guide métallique au moyen de parois structurées. Les structures sont des surfaces hard analysées grâce à la méthode modale tandis que les guides d'ondes associés le sont par une extension de la méthode des sources fictives. Cartes de champs et relations de dispersion révèlent le comportement des surfaces et guides envisagés.
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Meng, Xianqin. « Design and fabrication of photonic crystals and diffraction gratings for ultra thin film Si solar cells ». Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00780711.
Résumé :
Ce travail de thèse est consacré au piégeage de la lumière par des cristaux photoniques(CP) et des réseaux de diffraction. L'objectif consiste à intégrer de telles structures dans des cellules solaires à couches ultra-minces de silicium, afin d'augmenter leur rendement de conversion. Nous avons conçu et optimisé des cellules solaires en silicium cristallin (c-Si) assistées par les CP, grâce à la méthode FDTD (Finite Difference Time Domain). En gravant un CP 2Ddans la couche active de silicium, l'absorption intégrée sur l'ensemble du spectre est augmentée de 50%. Cette amélioration est atteinte en combinant des modes de Bloch lent et des résonances Fabry-Perot. Afin de réaliser de telles cellules solaires, nous avons développé une filière technologique combinant insolation holographique, gravure ionique réactive et gravure ICP (Inductively Coupled Plasma). Nous avons étudié l'influence des paramètres de ces procédés sur la structuration réalisée. Enfin, les caractéristiques optiques et électriques de ces objets ont été mesurées par nos collaborateurs de l'IMEC, en Belgique. Les mesures d'absorption sont en bon accord avec les prédictions théoriques. De plus, l'absorption intégrée est peu sensible à l'angle d'incidence de la lumière solaire. La cellule solaire structurée comme un CP 2D présente finalement un courant de court-circuit d'environ 15mA/cm², soit20% plus élevé que dans le cas de la cellule de référence. Par ailleurs, nous avons conçu une cellule solaire en c-Si plus complexe, intégrant des réseaux de diffraction avant et arrière. L'absorption aux grandes longueurs d'onde est augmentée du fait de la période élevée (750 nm) du réseau arrière, tandis que la réflexion en face avant est diminuée du fait de la faible période (250 nm) du réseau avant. Nous avons prédit une augmentation du courant de court-circuit jusqu'à 30m A/cm² pour ce dispositif, en comparaison avec la valeur de 18 mA/cm² correspondant à la cellule de référence non structurée. Ces résultats sont première étape vers le développement de futures générations de cellules solaires assistées par des cristaux photoniques et des réseaux de diffraction.
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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.
Résumé :
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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Boutayeb, Halim. « Etude des structures périodiques planaires et conformes associées aux antennes. Application aux communications mobiles ». Rennes 1, 2003. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00133820.
Résumé :
Ce travail se divise en deux parties : la première concerne l'étude des structures périodiques planaires associées aux antennes et la seconde, les structures périodiques conformes. Même si la première partie est un sujet étudié depuis plusieurs années, cette thèse apporte une analyse nouvelle (source placée à l'intérieur de la structure, méthode basée sur la théorie des réseaux) et de nouveaux résultats (lieux de résonance et extrema, obtention de structures avec la dualité des bandes interdites et propagées, adaptation d'une antenne insérée dans une structure périodique planaire, ouverture angulaire en fonction de la fréquence). Les structures périodiques conformes sont par contre nouvelles. Il est fait une étude systématique de ces structures. L'application principale de la thèse est un projet RNRT dont l'objectif est de réaliser des antennes pour station de base GSM-UMTS. Une antenne utilisant une structure périodique conforme et répondant au cahier des charges, a été conçue.
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Massenot, Sébastien. « Étude, modélisation et réalisation de composants diffractants : contribution à l'étude de matériaux accordables et application à l'enregistrement holographique de filtres résonants ». Télécom Bretagne, 2006. http://www.theses.fr/2006TELB0007.
Résumé :
Cette thèse s'inscrit dans les activités de recherche du département d'optique de l'ENST Bretagne concernant les fonctions destinées au traitement optique de l'information. Ce travail est basé sur l'étude de réseaux de diffraction 1D ou 2D réalisés par technique holographique et permettant d'obtenir des fonctionnalités de type réseau de Bragg ou des filtres en longueur d'onde basés sur des effets de résonance. Des outils de simulation permettant de calculer la réponse de ces réseaux de diffraction ont été développés. Les méthodes adaptées qui ont été retenues sont la théorie rigoureuse des ondes couplées et la théorie différentielle qui prennent en compte la nature vectorielle de la lumière. Ce travail s'est ensuite poursuivi par l'étude de deux matériaux d'enregistrements holographiques permettant la réalisation d'hologrammes en volume. Le premier est le photopolymère Dupont pour lequel un modèle de formation d'hologrammes a été établi. Nous nous sommes également intéressés au matériau composite polymère cristal liquide (HPDLC) permettant de réaliser des hologrammes reconfigurables par application d'un champ électrique. Ces études de modélisation et sur les matériaux d'enregistrement ont permis de valider le principe de deux filtres en longueur d'onde originaux. Le premier est un cristal photonique 2D constitué de deux structures périodiques orthogonales. L'opération de filtrage est due à une exaltation de la diffraction de la structure lorsque nous sommes placés au bord de sa bande interdite photonique. Le second filtre est accordable et utilise le phénomène de résonance de plasmon de surface survenant pour les réseaux de diffraction métalliques ainsi que le matériau PDLC comme élément ajustableThis thesis is in keeping with the research activities of the optics department of the ENST Bretagne concerning optical information processing functions. This work is based on the study of 1D or 2D diffraction gratings realized holographically in order to obtain functions such as Bragg gratings or resonant optical filters. Suitable simulation tools are developed to determine the theoretical response of these structures: the rigorous coupled-wave theory and the differential method, which take the vector nature of light into account. Two holographic materials used for recording volume holograms are studied: Dupont photopolymers for which a diffusion model is established and H-PDLCs (Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystals) which can be used to realize electrically switchable Bragg gratings. These studies concerning modelling and recording materials allow us to validate the principle of two resonant optical filters. The first filter is a 2D photonic crystal made of two orthogonal periodic structures. The filtering operation is due to the enhancement of the diffraction by the structure when the incident light is at the photonic band-edge. The second resonant filter is tunable and uses surface plasmon resonance phenomena occurring for metallic surface relief gratings, the tunability being provided by the PDLC material
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Beugin, Vincent. « Étude de la photosensibilité dans les guides planaires et les fibres à cristal photonique ». Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-Beugin.pdf.
Résumé :
La photosensibilité des verres permet d'écrire à l'aide d'un faisceau laser UV des composants optiques dans des guides. La première partie porte sur l'étude de réseaux de Bragg photoinscrits dans des guides planaires dans le but de réaliser un multiplexeur à insertion et extraction de longueur d'onde. Trois méthodes de sensibilisation des guides planaires sont étudiées: méthodes d'hydrogénation, d'hypersensibilisation par insolation UV et de chargement en espèces hydroxyles, Les études portent sur les cinétiques d'inscription des réseaux de Bragg et les conditions expérimentales qui conduisent à un gain et une stabilité maximum de la photosensibilté. L'hydrogénation se révèle la méthode la plus efficace pour la réalisation du composant. Enfin, les simulations effectuées à l'aide du modèle « courbe-étalon » permettent de prédire l'évolution de l'indice de réfraction photoinduit et ainsi de déterminer les conditions de passivation des réseaux de Bragg et marches d'indices afin de garantir, dans un intervalle fixé par l'opérateur, le fonctionnement du composant sur une période d'utilisation de 20 ans. Dans une seconde partie, les cinétiques de photoinscriptions de réseaux de Bragg est étudiée dans les fibres à cristal photonique et une technique d'hydrogénation développée dans les fibres conventionnelles a été adaptée pour ces fibres. Les travaux montrent que la microstructuration réduit l'efficacité d'inscription. Nous montrons en particulier que le choix du dopage phosphore du cœur de la fibre offre la possibilité d'améliorer la photoinscription alors que le contraste des franges d'interférences est réduit du fait de la microstructuration de la fibre.
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Mohamad, Habib. « Développement de la méthode différentielle associée à la Fast Fourier Factorization pour la photonique : étude de réseaux diffractifs complexes et modélisation de structures en optique intégrée ». Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT032.
Résumé :
Pour concevoir au mieux des dispositifs photoniques, il est important d’avoir des outils de modélisation fiables et efficaces. En effet si le quadrillage de paramètres technologiques est envisageable pour des dispositifs simples, son coût en nombre de tests devient rapidement un frein à l’optimisation de structures. Il devient donc indispensable de disposer de simulations totalement vectorielles, avec des matériaux à indices de réfraction complexes, de garantir la prise en compte de l’ensemble des modes de propagation (modes guidés, rayonnés et évanescents), bidirectionnelles … La simulation de structures à fort contraste d’indice de réfraction (photonique sur silicium) ou les structures utilisant des motifs métalliques générant des modes plasmoniques ou des motifs sub-longueur d’onde comme les métamatériaux … est un ensemble d’exemples qui nécessite l’utilisation de ces outils. Ces derniers se différencient par leur méthode de calcul utilisée : calcul dans le domaine fréquentiel par différences finies ou éléments finis, méthode temporelle par la méthode des différences finies … Par exemple, la FDTD est devenue ces dernières années un outil de référence dans le milieu de la photonique sur silicium. Cependant, ces méthodes ne sont pas forcément optimales. Elles diffèrent par les ressources numériques nécessaires notamment sur la mémoire utilisée, le temps de calcul, la prise en comptes des conditions de continuité, la discrétisation de la structure ainsi que leur domaine d’application (spectral ou spatial) … Ces quinze dernières années au sein du laboratoire (IMEP-Lahc), des outils basés sur la RCWA ont été développés dans ce sens pour simuler des structures très différentes allant de l’optique diffractive à l’optique guidée. Néanmoins, cette méthode comme la FDTD peut générer des approximations induisant des imprécisions ou une augmentation des ressources numériques utilisées dans certaines configurations. L’objectif de cette thèse est de développer un outil plus général dans le but de réduire ces imperfections tout en gardant la possibilité de l’utiliser sur une multitude d’applications de la photonique (optique diffractive, optique guidée …). Mon choix s’est porté sur la méthode différentielle largement utilisée pour l’étude des réseaux de diffraction. Cette méthode peut être plus efficace que la RCWA mais peut avoir aussi des limites pour la simulation de structures à profil complexe notamment en polarisation TM. Depuis les années 2000, l’ajout d’un nouveau module dénommé FFF (Fast Fourier Factorisation), permet de résoudre cette problématique et ouvrir de nouvelles potentialités à cette méthode. Après une introduction générale, la méthode différentielle associée à la FFF est présentée en détails. Ensuite, une solution simple et rapide qui permet de résoudre le problème des divergences numériques dans le cas des métaux ayant une permittivité purement réelle et négative est proposée. Puis, l’étude complète d’une structure diffractive diélectrique utilisée pour des applications de sécurité visuelle est proposée. La simulation de la structure diffractive est associée à un module utilisant un réseau de neurones pour le design et la modélisation optimale de ces structures. Finalement, pour adapter la méthode aux structures photoniques guidées, une transformée de coordonnées inspirée par la FMM apériodique a été implémentée dans l’algorithme de la MD-FFF transformant cette dernière en une méthode apériodique pour la simulation 2D de structures optiques intégrées utilisant des matériaux à indice de réfraction complexe, non-isotropes et non-magnétiques. La décomposition de la propagation sur une base de modes propres peut permettre d’accéder à des informations non directement accessibles avec la FDTD par exemple. Des résultats plus précis, plus rapides et plus rigoureux ont été obtenues par rapport à laFMM notamment en polarisation TM avec des profils curvilignes comme dans le cas des structures cylindriquesNowadays to design photonic devices, it is important to have reliable and efficient simulation tools. In fact, if exploiting the technological grids of the design parameters is considered possible for the simple devices, its cost in terms of number of tests becomes an obstacle to the optimization of the structures. Therefore, it is essential to develop fully vectorial simulations, with complex or/and real refractive indices materials, to guarantee that all the propagation modes (guided, radiated and evanescent modes) are taken into account. The simulations of the structures with high contrast refractive index (Silicon photonics for example) or structures using metallic layer and generating plasmonic modes or sub-wavelength structures like metamaterials are a set of examples that requires the use of these tools. These methods can be differentiated by their used calculation algorithm: calculation in the frequency domain by finite differences or finite elements, Fourier based methods, or calculation in the temporal domain with the finite difference method... For example, the FDTD has become in the recent years a reference tool in the domain of silicon photonics. However, almost all these methods are not necessarily optimal. They can be distinguishable by the required numerical resources, particularly in terms of the used memory, the execution time, the take into account of the boundary conditions, the discretization of the structure, or their workspace domain (spectral or spatial) ... Over the last fifteen years, the group involved with the development of electromagnetic tools in the laboratory (IMEP-Lahc), headed towards the development of RCWA based numerical tools to simulate and design the optical response of diffractive and guided optic structures. However, this last method as the FDTD can generate approximations inducing inaccuracies or an increase in the numerical resources used for certain configurations (memory, execution time...). The objective of this thesis is to develop a more general tool aiming to reduce these imperfections while retaining the possibility of using it on a multitude of photonics applications (diffractive optics, guided optics, etc.). My choice fell on the differential method which is widely used for the study of diffraction gratings. This method can be more efficient than the RCWA but it also has limitations especially for the simulation of periodic structures with complex profile in TM polarization. Since the 2000s, the association of a new module called FFF (Fast Fourier Factorization) has solved this problem and opened up new possibilities for this method. After a general introduction, the differential method associated with the FFF is presented in detail. Then, a simple and fast solution which makes the use of this method with metals having a purely real and negative permittivity is proposed and solve the problem of divergence faced before. Consequently, a complete study of a dielectric diffractive structure visual security applications is subsequently detailed. Moreover, the developed code of the DM-FFF is integrated in neural networks algorithm for optimal modeling and design of visual security structures. Finally, to meet the condition of generalizing the method for the different photonic structures (guided and diffractive), a coordinate transform inspired from the aperiodic FMM was implemented in the algorithm of the DM-FFF transforming the last one into an aperiodic method for the simulation of 2D integrated optical structures for complex, non-isotropic and non-magnetic materials. The decomposition of the propagation of eigenmode basis can provide access to information which are not directly provided by the FDTD for example (guided modes, radiated modes …). More precise, faster and more rigorous results were obtained compared to a-FMM especially in TM polarization with curvilinear profiles such as the case of cylindrical structures
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Bouffaron, Renaud. « Modélisation et Réalisation de Réseaux Sub-Longueur d'Onde :Application au Contrôle de la Réflectivité Large Bande, Large Incidence ». Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00353626.
Résumé :
Les antireflets permettent d'accroître l'efficacité des cellules photovoltaïques, d'augmenter la sensibilité des détecteurs optroniques, et même d'améliorer l'extraction lumineuse des diodes électroluminescentes. Traditionnellement, des empilements de matériaux en couches minces sont utilisés pour les fabriquer. Nous avons étudié une technique alternative qui s'appuie sur la microstructuration de l'interface air-substrat. Il s'agit, plus précisément, de modéliser et de fabriquer des surfaces microstructurées bi-périodiques sur silicium et sur germanium présentant un effet antireflet très efficace dans l'infrarouge en bandes II et III respectivement. Ces structures nécessitent une description rigoureuse des phénomènes de propagation de la lumière. L'influence des paramètres opto-géométriques est examinée sous le point de vue des cristaux photoniques en utilisant les diagrammes de bandes. Pour réaliser ces structures, des techniques à bas coût, basées sur une gravure humide anisotrope du semi-conducteur cristallin à travers un masque obtenu par photolithographie, ont été utilisées. Nous obtenons expérimentalement sur silicium un facteur de réflexion inférieur à 4% sur l'ensemble du spectre IR II. Un très bon accord calcul/mesure permet de valider les résultats numériques obtenus précédemment.
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Śmigaj, Wojciech. « Conception et modélisation numérique de composants optiques en nanophotonique intégrée ». Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567213.
Résumé :
Cette thèse est consacrée à la conception et l'analyse théorique de différents composants en optique intégrée. Nous présentons un modèle de milieu effectif pour les cristaux photoniques (CPs) 2D qui rend compte des effets de surface, puis un algorithme pour la conception de réseaux antiréfléchissants grand-angle pour ces CPs. Ces réseaux permettent d'améliorer significativement la transmission à travers une lentille plate d'indice négatif. Nous proposons une nouvelle génération de circulateurs magnétooptiques compacts, fonctionnant dans un champ magnétique extérieur uniforme et constitués d'une cavité résonnante en anneaux circulaires couplée directement à des guides d'ondes standards. Nous généralisons la méthode multipolaire 2D aux matériaux gyrotropiques et la formulons sans « lattice sums » pour les structures périodiques. Enfin, nous décrivons en détail la méthode des éléments finis pour le calcul des modes propres des cavités 3D en anneaux circulaires et matériaux gyrotropiques.
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Kerrinckx, Emmanuel. « Les microstructurations dans les fibres optiques ». Lille 1, 2005. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2005/50376-2005-Kerrinckx.pdf.
Résumé :
Dans le cadre de ce travail, des études théoriques et expérimentales ont été réalisés sur des microstructurations à une et deux dimcnsions dans les fibres optiques. Une première partie de ce travail est consacrée aux microstructurations 1D et à leurs applications à la réalisation de filtres pour l'égalisation du gain des amplificateurs à fibres. Une deuxième partie concerne les microstructurations à 2 dimensions dans les fibres optiques. Les premières fibres optiques dites "microstructurées" (ou Fibre à Cristal Photonique - FCP) ont vu le jour en 1996 à l'Université de Bath (UK). Depuis, ce nouveau type de fibre optique a connu un intérêt sans cesse grandissant de la part des laboratoires de recherche publics et industriels. Les FCP présentent un nombre de degrés de liberté plus important que les fibres conventionnelles à saut d'indice. De fait, les propriétés optiques des FCP sont ajustables entraînant ainsi une multitude d'applications potentielles. On peut citer entre autre, des dispersions chromatiques ajustables "à volonté", un comportement "infiniment" monomode, la réalisation de fibres à effet non linéaire exacerbés ou à l'inverse réduit, le guidage de particules, la réalisation de source de lumière très large bande (supercontinuum), etc. . . L'étude et la réalisation de cette nouvelle génération de fibre optique a démarré à l'Université des Sciences et Technologies de Lille (USTL) grâce à l'implantation d'un institut dénommé I. R. C. I. CA. (Institut de Recherche sur les Composants logiciels et matériels pour l'Information et la Communication Avancée) et disposant d'une nouvelle plate-forme technologique "fibre"Un de nos objectifs est de pouvoir simuler les propriétés optiques de fibres réelles afin de pouvoir confronter nos modèles avec des mesures expérimentales. Après avoir spécifié les différentes méthodes numériques accessibles au laboratoire (méthode des faisceaux propagés, multipolaire, différences finis et éléments finis), nous expliquons le choix qui a essentiellement été retenu pour nos simulations à savoir la Méthode des Eléments Finis (MEF) et nous présenterons les résultats de simulations concernant l'influence des défauts de fabrications sur l'évolution de la biréfringence. Ces résultats sont alors confrontés aux mesures expérimentales de la biréfringence et de la dispersion chromatique de ces fibres. Un autre objectif important est la conception d'une microstructure permettant d'obtenir une propriété optique prédéfinie. Nous proposons ici une méthode originale de résolution de ce problème inverse, basée sur le couplage d'un Algorithme Génétique avec une méthode d'éléments finis totalement vectorielle permettant de calculer les modes qui se propagent de FCP. Nous appliquerons ensuite notre méthode à la conception d'une fibre présentant une dispersion chromatique proche de zéro sur la gamme spectrale [1,1 µm-1,9 µm] et à la conception d'une fibre ayant une dispersion chromatique "plate" (de très faible pente) et proche de zéro sur la gamme spectrale [1,35 µm-1,65 µm]
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Crépin, Thomas. « Techniques de caractérisation aux fréquences térahertz : application aux métamatériaux ». Lille 1, 2006. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/10d7b3e7-0680-4007-be1a-1412f0574f43.
Résumé :
La montée en fréquence des composants électroniques et en longueur d'onde des composants optiques rend imminent le recouvrement du gap terahertz. Un grand nombre d'applications est en train de naître dans cette bande de fréquences telles que l'imagerie biologique THz et la radioastronomie THz. Dans le but de caractériser différents composants et systèmes fonctionnant aux fréquences terahertz, nous avons établi un état de l'art des instruments et techniques de mesures disponibles à ces fréquences. Parmi les composants et matériaux ayant de l'intérêt aux fréquences visées, nous nous sommes intéressés aux métamatériaux et aux matériaux " gauchers". Les métamatériaux sont des matériaux artificiels dont la structuration est petite devant la longueur d'onde, permettant d'accéder à des propriétés électromagnétiques souvent inexistantes dans la nature. Parmi ces matériaux, les matériaux gauchers permettent de rétropropager une onde. Cela signifie qu'au sein du milieu, les vitesses de phase et de groupe sont de signes opposés. Deux structures gauchères ont été caractérisées. La première est un miroir de Bragg caractérisé par analyseur de réseau vectoriel en bande 140-220 GHz puis par échantillonnage électro-optique jusqu'au terahertz. La seconde est une ligne de transmission terahertz, chargée périodiquement par des éléments localisés, caractérisée par échantillonnage Franz-Keldysh autour de 300 GHz. Dans les deux cas, nous avons pu démontrer expérimentalement qu'il existait des bandes de transmission gauchères dans ces structures, conformément aux prédictions théoriques
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Gouaichault, Nathalie. « Réseaux transitoires dans les semiconducteurs sous forte excitation photonique ». Toulouse, INSA, 1994. http://www.theses.fr/1994ISAT0044.
Résumé :
Ce manuscrit presente l'etude des reseaux transitoires generes en regime picoseconde dans divers semiconducteurs iii-v et ii-vi, a la temperature ambiante et sous forte excitation photonique. Les reseaux epais sont generes a 1,064 m par absorption a un photon via les centres profonds et/ou par absorption a deux photons. Nous montrons que dans nos echantillons (gaas ou cdznte dopes ou non dopes), ce sont les reseaux d'indice dus aux porteurs libres qui controlent les phenomenes de diffraction observes. Nous avons etabli un modele expliquant la stabilisation du signal diffracte au cours du temps (observee dans gaas:cr). Ce modele repose sur la stabilisation des modulations de densite de porteurs libres par les centres profonds. D'autre part, nous avons montre, theoriquement et experimentalement, qu'il est possible d'effacer instantanement ces reseaux (echelle picoseconde) en les eclairant de facon uniforme. Les reseaux minces sont photogeneres a 532 nm par absorption bande-a-bande dans des couches minces de gaalas. La cinetique de decroissance des reseaux presente deux parties distinctes, l'une rapide, que nous avons attribue a la decroissance des reseaux de porteurs libres principalement par recombinaison auger et a la surface, l'autre lente que nous avons attribue a la diffusion de la chaleur
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Kovalevich, Tatiana. « Tunable Bloch surface waves devices ». Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD022/document.
Résumé :
Cette thèse est consacrée au développement de dispositifs accordables sur la base de cristaux photoniques unidimensionnels qui peuvent supporter des ondes de surface de Bloch (BSW). Tout d'abord, nous explorons les possibilités de contrôler la direction de propagation des BSW par le biais de la polarisation de la lumière incidente. Dans ce cas, nous gravons sur le dessus du cristal photonique 1D des structures passives de type réseau, qui permettent à la fois de coupler la lumière incidente aux BSWs et de se comporter comme une lame séparatrice ultracompacte contrôlée par la polarisation lumineuse. Nous avons testé ce type de coupleur sur des cristaux photoniques 1D fonctionnant dans l’air et dans l’eau. Ensuite, nous démontrons l'accordabilité des BSWs en ajoutant une fine couche active dans la structure photonique multicouche. Il s’agit d’un film mince de niobate de lithium monocristallin qui permet d’introduire des propriétés anisotropes dans le cristal photonique 1D. Différentes façons de fabriquer des cristaux photoniques 1D contenant du niobate de lithium monocristallin ont été développées dans le cadre de ce travail. Ces travaux nous ont permis d’explorer le concept de contrôle électro-optique des BSWsThis thesis is devoted to develop tunable devices on the base of one-dimensional photonic crystals (1DPhC) which can sustain Bloch surface waves (BSWs).First, we explore the possibilities to control the BSW propagation direction with polarization of incident light. In this case we manufacture additional passive structures such as gratings on the top of the 1DPhC, which are working both as a BSW launcher and polarization–controlled “wave-splitters”. We test this type of launcher in air and in water as an external medium. Then, we demonstrate the tunability of the BSW by adding an active layers into the multilayer stack. Here a crystalline X-cut thin film lithium niobate (TFLN) is used to introduce anisotropic properties to the whole 1DPhC. Different ways to manufacture 1D PhCs with LiNbO3 on the top would be described. Finally, we explore the concept of the electro-optically tuned BSW
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Qiu, Wentao. « Study of photonic crystals on thin film lithium niobate for sensing applications - design, fabrication and characterization ». Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2060/document.
Résumé :
La lumière est incroyable polyvalente pour mesurer toutes sortes de grandeurs physiques : température, champ électrique, déplacement et déformation, etc. Les capteurs photoniques sont des candidats prometteurs pour les développements de nouvelles générations de capteurs en raison de leurs vertus de sensibilité élevée, une grande gamme dynamique, etc. Les capteurs intégrés et ceux placés en bout de fibre sur une couche mince de niobate de lithium seront ici étudiés en explorant l’électro-optique ainsi que les pyro-électronique afin de concevoir des capteurs de champs et de capteurs de températureLight is incredibly versatile for measuring all kinds of physical quantities :temperature, electric field (E-field), displacement and strain etc. Photonic sensors are promising candidates for the new generation of sensors developments due to their virtues of high sensitivity, large dynamic range and compact size etc. Integrated and on-fiber end photonic sensors on thin film lithium niobate (TFLN) exploring the electro-optic (EO) and pyro-electric effects are studied in this thesis in order to design E-field sensors and temperature sensors (T-sensors). These studies aim to develop sensors with high sensitivity and compact size. To achieve that aim, sensors that are made of photonic crystals (PhC) cavities are studied by sensing the measurand through the resonance wavelength interrogation method. In integrated sensor studies, intensive numerical calculations by PWE method, mode solving technique and FDTD methods are carried out for the design of high light confinement waveguiding structures on TFLN and suitable PhC configurations. Four types of waveguide (WG) structures (ridge WG, strip loaded WG, slot WG and double slot WG) are studied with a large range of geometrical parameters. Among them, slot WG yields the highest confinement factor while strip loaded WG is an easier option for realizations. Bragg grating is designed in slot WG with an ultra compact size (about 0.5µm×0.7µm ×6µm) and is employed to design PhC cavity. A moderate resonance Q of about 300 in F-P like cavity where the mirrors are made of PhC is achieved with ER of about 70% of the transmission. Theoretical minimum E-field sensitivity of this slot Bragg grating structure can be as low as 200 µV/m. On the other hand, Si3N4 strip loaded WG is designed with 2D PhC structure and a low resonance Q of about 100 is achieved. Fabrications of nano-metrical WG such as ridge WG Si3N4 strip loaded are demonstrated. However, the realization of nanometric components on LN presents a big challenge.In the on-fiber end sensor studies, guided resonance, oftentimes referred to as Fano resonance due to its asymmetric lineshape, is studied with different PhC lattice types. A Suzuki phase lattice (SPL) PhC presenting a Fano resonance at the vicinity of 1500 nm has been studied and demonstrated as temperature sensor with sensitivity of 0.77 nm/oC with a size of only 25 µm × 24 µm. In addition, guided resonances on rectangular lattice PhC have been systematically studied through band diagram calculations, 2D-FDTD and 3D- FDTD simulations
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Mwamsojo, Nickson. « Neuromorphic photonic systems for information processing ». Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAS002.
Résumé :
Par une utilisation performante de nombreux algorithmes dont les réseaux neuronaux, l'intelligence artificielle révolutionne le développement de la société numérique. Néanmoins, la tendance actuelle dépasse les limites prédites par la loi de Moore et celle de Koomey, ce qui implique des limitations éventuelles des implémentations numériques de ces systèmes. Pour répondre plus efficacement aux besoins calculatoires spécifiques de cette révolution, des systèmes physiques innovants tentent en amont d'apporter des solutions, nommées "neuro-morphiques" puisqu'elles imitent le fonctionnement des cerveaux biologiques. Les systèmes existants sont basés sur des techniques dites de "Reservoir Computing" ou "coherent Ising Machine." Leurs versions photoniques, ont permis de démontrer l'intérêt de ces techniques notamment pour la reconnaissance vocale avec un état de l'art en 2017 attestant de bonnes performances en termes de reconnaissance à un rythme d'1 million de mots par seconde. Nous proposons dans un premier temps une technique d'ajustement automatique des hyperparamètres pour le "Reservoir Computing", accompagnée d'une étude théorique de convergence. Nous proposons ensuite une solution au problème de la détection précoce de la maladie d'Alzheimer de type "Reservoir Computing" optoélectronique. En plus des taux de classifications obtenus meilleurs que l'état de l'art, une étude complète du compromis coût énergétique performance démontre la validité de cette approche. Enfin, le problème de la restauration d'image par maximum de vraisemblance est abordé à l'aide d'une implémentation optoélectronique appropriée de type "coherent Ising Machine"Artificial Intelligence has revolutionized the scientific community thanks to the advent of a robust computation workforce and Artificial Neural Neural Networks. However, the current implementation trends introduce a rapidly growing demand for computational power surpassing the rates and limitations of Moore's and Koomey's Laws, which implies an eventual efficiency barricade. To respond to these demands, bio-inspired techniques, known as 'neuro-morphic' systems, are proposed using physical devices. Of these systems, we focus on 'Reservoir Computing' and 'Coherent Ising Machines' in our works.Reservoir Computing, for instance, demonstrated its computation power such as the state-of-the-art performance of up to 1 million words per second using photonic hardware in 2017. We propose an automatic hyperparameter tuning algorithm for Reservoir Computing and give a theoretical study of its convergence. Moreover, we propose Reservoir Computing for early-stage Alzheimer's disease detection with a thorough assessment of the energy costs versus performance compromise. Finally, we confront the noisy image restoration problem by maximum a posteriori using an optoelectronic implementation of a Coherent Ising Machine
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Allouch, Alaa. « Microfluidique diphasique : réseaux de micro-bulles à défauts contrôlés pour la photonique ». Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00634454.
Résumé :
La microfluidique est un domaine très vaste qui étudie les comportements de fluides à l'échelle micrométrique. Grâce aux progrès de la microfabrication, elle suscite un nombre croissant d'applications en biologie ou chimie, et même très récemment en optique. En effet, son utilisation pour réaliser des cristaux photoniques est attractive par rapport aux technologies standards : elle permet une fabrication collective avec des interfaces très lisses. Dans cette perspective, cette thèse propose d'utiliser la microfluidique diphasique pour la fabrication de réseaux stables de microbulles, et pour intégrer de façon simple des fonctionnalités optiques réelles. Nous présentons d'abord la formation de réseaux hexagonaux de microbulles monodisperses de période dans la gamme 5-100 µm, contrôlée par la géométrie et les conditions d'écoulement. La qualité de ces cristaux a été révélée par imagerie de diffraction. Un photopolymère, utilisé comme liquide porteur, a permis l'obtention de structures stables sur plusieurs mois. Nous avons développé une technologie verre-verre qui permet la fabrication de canaux adaptés aux applications optiques : transparents, rigides et chimiquement résistants. Pour démontrer les potentialités de nos systèmes, nous avons réalisé des cristaux de bulles incluant des défauts contrôlés (lacune d'une bulle ou d'une ligne de bulles), éléments clés pour la conception de guides d'ondes ou de résonateurs. Nous utilisons des plots qui excluent les bulles de zones choisies, par compétition entre tension interfaciale et forces hydrodynamiques. Nous avons développé et validé expérimentalement un modèle qui prédit l'efficacité de cette méthode. La génération des microbulles sur puce est prometteuse pour la photonique : elle permet l'auto-organisation des structures avec une rugosité extrêmement faible. L'obtention de périodes comparables à la longueur d'onde est encore nécessaire pour la réalisation de fonctions basées sur les cristaux photoniques. Notre app roche doit permettre cette réduction de taille, car les limites de diffraction inhérentes à la photolithographie interviennent seulement pour la fabrication des canaux et non lors de la formation des bulles. Ce travail constitue donc une nouvelle approche, optofluidique, à la réalisation d'un guide d'onde, un filtre ou un résonateur optique.
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Allouch, Alaa el dine. « Microfluidique diphasique : réseaux de micro-bulles à défauts contrôlés pour la photonique ». Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1376/.
Résumé :
La microfluidique est un domaine très vaste qui étudie les comportements de fluides à l'échelle micrométrique. Grâce aux progrès de la microfabrication, elle suscite un nombre croissant d'applications en biologie ou chimie, et même très récemment en optique. En effet, son utilisation pour réaliser des cristaux photoniques est attractive par rapport aux technologies standards : elle permet une fabrication collective avec des interfaces très lisses. Dans cette perspective, cette thèse propose d'utiliser la microfluidique diphasique pour la fabrication de réseaux stables de microbulles, et pour intégrer de façon simple des fonctionnalités optiques réelles. Nous présentons d'abord la formation de réseaux hexagonaux de microbulles monodisperses de période dans la gamme 5-100 µm, contrôlée par la géométrie et les conditions d'écoulement. La qualité de ces cristaux a été révélée par imagerie de diffraction. Un photopolymère, utilisé comme liquide porteur, a permis l'obtention de structures stables sur plusieurs mois. Nous avons développé une technologie verre-verre qui permet la fabrication de canaux adaptés aux applications optiques : transparents, rigides et chimiquement résistants. Pour démontrer les potentialités de nos systèmes, nous avons réalisé des cristaux de bulles incluant des défauts contrôlés (lacune d'une bulle ou d'une ligne de bulles), éléments clés pour la conception de guides d'ondes ou de résonateurs. Nous utilisons des plots qui excluent les bulles de zones choisies, par compétition entre tension interfaciale et forces hydrodynamiques. Nous avons développé et validé expérimentalement un modèle qui prédit l'efficacité de cette méthode. La génération des microbulles sur puce est prometteuse pour la photonique : elle permet l'auto-organisation des structures avec une rugosité extrêmement faible. L'obtention de périodes comparables à la longueur d'onde est encore nécessaire pour la réalisation de fonctions basées sur les cristaux photoniques. Notre approche doit permettre cette réduction de taille, car les limites de diffraction inhérentes à la photolithographie interviennent seulement pour la fabrication des canaux et non lors de la formation des bulles. Ce travail constitue donc une nouvelle approche, optofluidique, à la réalisation d'un guide d'onde, un filtre ou un résonateur optiqueMicrofluidics is a large field that encompasses the study of fluids' behavior at microscales. Progresses in microfabrication technologies have enabled an increasing number of applications in biology, chemistry, and recently in optics. Indeed, microfluidic methods to fabricate photonic crystals are attractive, as compared to standard microfabrication, since they enable low interfaces roughness and self-organized collective fabrication. In this perspective, this thesis suggests the use of two-phase microfluidics to fabricate stable bubble networks, and to integrate easily realistic optical functionalities. First of all, we present the formation of monodisperse hexagonal bubble networks with a tunable pitch (between 5 and 100 µm) controlled by geometry and flow conditions. High-quality crystal organization is revealed by diffraction imaging. A photopolymer, used as carrier liquid, enables obtaining long life crystals. We have developed a glass-glass technology which allows the fabrication of channels adapted to optical applications: transparent, rigid and chemically resistant. To further demonstrate the potentiality of our approach, we have realized bubble crystals which contain controlled defects (lacuna of one, two or line of bubbles), key element in the design of waveguides or resonators. Small bumps are used in order to exclude bubbles from determined zones by a competition between interfacial tension and hydrodynamic forces. We have developed and experimentally confirmed a model which predicts the efficiency of this method. On-chip generated microbubbles are promising for photonics: they intrinsically enable self-organization and surface roughness unbeatably low. Sub-wavelength period are still needed to build photonic crystal-based optical functions. Our approach should enable such scaling down, because bubble formation is not diffraction limited as opposed to photolithography. This work thus opens a novel way to achieve optical functionalities such as waveguide, filter or resonator
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Real, Elgueda Bastián Maximiliano. « Transport and driven-dissipative localization in exciton-polariton lattices ». Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2022. http://www.theses.fr/2022ULILR025.
Résumé :
La simulation des Hamiltoniens de réseaux dans les plateformes photoniques a permis de mieux comprendre les nouvelles propriétés de transport et de localisation dans le contexte de la physique de l'état solide. En particulier, les exciton-polaritons constituent un système polyvalent permettant d'étudier ces propriétés dans des réseaux avec des structures de bande intrigantes en présence de pertes et de gains, et d'interactions entre particules. Les polaritons sont des quasi-particules hybrides lumière-matière résultant du couplage fort entre les photons et les excitons dans les microcavités semi-conductrices, dont les propriétés peuvent être directement accessibles dans les expériences de photoluminescence. Dans cette thèse, nous étudions premièrement les caractéristiques des réseaux en nid d'abeille déformés, composés de résonateurs de polaritons couplés, à haut contenu photonique. Dans un réseau déformé de façon critique, nous mettons en évidence à la fois un transport semi-Dirac et une localisation anisotrope des photons. Deuxièmement, nous montrons qu'un forçage judicieux dans des réseaux de résonateurs à pertes permet l'apparition de nouveaux modes localisés. En utilisant des réseaux de polaritons sous un forçage résonant par plusieurs faisceaux optiques, nous démontrons la possibilité de localiser la lumière sur différentes géométries, voir jusqu'à un seul site. Enfin, nous profitons de l'interaction de polaritons dépendant de la polarisation pour démontrer un effet optique de type Zeeman dans un seul micropilier. En combinant le couplage spin-orbite optique, inhérent aux microstructures semi-conductrices, avec l'effet Zeeman, induit par l'interaction, nous montrons l'émission de faisceaux de vortex avec une chiralité bien définie. Cette thèse met en lumière la puissance des plateformes de polaritons pour étudier les Hamiltoniens de réseaux avec des propriétés sans précédent. Elle apporte également un premier pas vers la génération, entièrement optique, de phases topologiques dans les réseauxThe simulation of lattice Hamiltonians in photonic platforms has been enlightening in the understanding of novel transport and localization properties in the context of solid-state physics. In particular, exciton-polaritons provide a versatile system to investigate these properties in lattices with intriguing band structures in the presence of gain and loss, and particle interactions. Polaritons are hybrid light-matter quasiparticles arising from the strong coupling between photons and excitons in semiconductor microcavities, whose properties can be directly accessed in photoluminescence experiments. In this thesis, we firstly study the features of strained honeycomb lattices made of coupled polariton resonators having high photonic content. In a critically strained lattice, we evidence both a semi-Dirac transport and an anisotropic localization of photons. Secondly, we show that a judicious driving in lattices of lossy resonators allows the appearance of novel localized modes. Using polariton lattices driven resonantly with several optical beams, we demonstrate the localization of light in at-will geometries down to a single site. Finally, we take advantage of the polarization-dependent polariton interaction to demonstrate an optical Zeeman-like effect in a single micropillar. In combination with optical spin-orbit coupling inherent to semiconductor microstructures, the interaction-induced Zeeman effect results in emission of vortex beams with a well-defined chirality. This thesis brings to light the power of polariton platforms to study lattice Hamiltonians with unprecedented properties and it also provides a first step towards the fully-optical generation of topological phases in lattices
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Massenot, Sébastien. « Etude, modélisation et réalisation de composants diffractants : Contribution à l'étude de matériaux accordables et application à l'enregistrement holographique de filtres résonants ». Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne - ENSTB, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00092017.
Résumé :
Cette thèse s'inscrit dans les activités de recherche du département d'optique de l'ENST Bretagne concernantles fonctions destinées au traitement optique de l'information. Ce travail est basé sur l'étude de
réseaux de diffraction 1D ou 2D réalisés par technique holographique et permettant d'obtenir des fonctionnalit
és de type réseau de Bragg ou des filtres en longueur d'onde basés sur des effets de résonance. Des
outils de simulation permettant de calculer la réponse de ces réseaux de diffraction ont été développés.
Les méthodes adaptées qui ont été retenues sont la théorie rigoureuse des ondes couplées et la théorie
différentielle qui prennent en compte la nature vectorielle de la lumière. Ce travail s'est ensuite poursuivi
par l'étude de deux matériaux d'enregistrements holographiques permettant la réalisation d'hologrammes
en volume. Le premier est le photopolymère Dupont pour lequel un modèle de formation d'hologrammes
a été établi. Nous nous sommes également intéressés au matériau composite polymère cristal liquide (HPDLC)
permettant de réaliser des hologrammes reconfigurables par application d'un champ électrique.
Ces études de modélisation et sur les matériaux d'enregistrement ont permis de valider le principe de
deux filtres en longueur d'onde originaux. Le premier est un cristal photonique 2D constitué de deux
structures périodiques orthogonales. L'opération de filtrage est due à une exaltation de la diffraction de
la structure lorsque nous sommes placés au bord de sa bande interdite photonique. Le second filtre est
accordable et utilise le phénomène de résonance de plasmon de surface survenant pour les réseaux de
diffraction métalliques ainsi que le matériau PDLC comme élément ajustable.
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Ziebell, Melissa. « Transceiver optique en silicium pour les réseaux d’accès ». Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112181/document.
Résumé :
La photonique silicium est un domaine de recherche en plein expansion, visant à intégrer la photonique avec la microélectronique. Cette technologie est envisagée pour l’obtention de solutions bas-coûts dans le domaine des télécommunications optiques grâce à l'intégration de l'optique avec l’électronique de commande des composants. La réalisation d'un lien optique rapide pour transporter une information à haut débit nécessite le développement de blocs de base performants et compatibles avec la technologie CMOS. Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur le modulateur optique en silicium, pour les applications haut débit, de 10 à 40 Gbit/s. Les résultats présentés portent notamment sur la conception, l’optimisation, la fabrication et la caractérisation de ce composant. Le modulateur est basé sur un effet électroréfractif obtenu par déplétion des porteurs dans des structures de type PN et PIPIN pour obtenir une variation de phase de l’onde optique. La modulation d’intensité est ensuite obtenue par intégration de la région active dans un interféromètre Mach Zehnder ou un résonateur en anneau. Des simulations électriques, optiques et radiofréquences ont été menées sur les différents éléments du composant, afin de concevoir un dispositif pour les applications FTTH (Fiber To The Home), fonctionnant à 1,27 µm. Parmi les points clefs de ces études on peut noter l’optimisation des électrodes RF coplanaires réalisée grâce au développement d’un modèle électro-optique prenant en compte la propagation des ondes électriques et optiques dans la région active. Un procédé technologique compatible avec la filière CMOS a ensuite été mis en place et les masques nécessaires à la fabrication ont pu être dessinés en considérant les tolérances de fabrication et paramètres critiques. Enfin un grand nombre de résultats expérimentaux ont pu être obtenus, sur des composants conçus à l’IEF et fabriqués au CEA-LETI. On peut notamment retenir un modulateur Mach Zehnder fonctionnant à 40 Gbit/s utilisant une diode « PIPIN » pour réaliser la variation d’indice, et présentant un taux d'extinction de 7.5 dB pour des pertes de seulement 6 dB. Les futures optimisations des modulateurs, silicium visent à les intégrer avec l’électronique de commande, et à aller vers des formats de modulation plus complexes mais aussi plus performants que la modulation d’intensité sur 2 niveaux considérée jusqu’à présentSilicon photonics is a research field in full expansion that works towards the integration of photonics and microelectronic components in a single chip. The creation of a broadband optical link that is able to carry high-speed information requires the development of efficient building blocks compatible with CMOS technology. The work carried out during my Ph.D. focused specifically on silicon optical modulators for high-speed applications from 10 to 40 Gbit/s. The work presented includes design, optimization, fabrication and characterization of the complete device. The modulator is based on the electro-refractive effect obtained by depletion of carriers in PN and PIPIN diodes to obtain a phase change of the optical mode. Intensity modulation is obtained by integration of the active region in a Mach-Zehnder interferometer or a ring resonator. Electrical, optical and radio frequency simulations were conducted on the various elements of the modulator to design a device for FTTH (Fiber To The Home) applications operating at 127 µm. Additional studies included the design of RF coplanar waveguide electrodes optimized through the development of an electro-optical model that takes into account the propagation of the electrical and optical waves in the active region. Compatible CMOS processes were proposed, and the necessary masks for fabrication were designed considering fabrication tolerances and critical parameters. Finally, various experimental results were obtained on components designed at IEF and fabricated at CEA-LETI. We can specially mention a Mach Zehnder modulator operating at 40 Gbit/s that uses a PIPIN diode to obtain an index variation, and having an extinction ratio of 7.5 dB and losses of only 6 dB. The goal of future optimizations of silicon modulator is to integrate these devices with the RF driver, and to move towards more complex and efficient modulation formats than the two-level intensity modulation seen so far
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Boutayeb, Halim. « ÉTUDE DES STRUCTURES PÉRIODIQUES PLANAIRES ET CONFORMES ASSOCIÉES AUX ANTENNES. APPLICATION AUX COMMUNICATIONS MOBILES ». Phd thesis, Université Rennes 1, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00133820.
Résumé :
Ce travail se divise en deux parties : la première concerne l'étude des structures périodiques planaires associées aux antennes et la seconde, les structures périodiques conformes. Même si la première partie est un sujet étudié depuis plusieurs années, cette thèse apporte une analyse nouvelle (source placée à l'intérieur de la structure, méthode basée sur la théorie des réseaux...) et de nouveaux résultats (lieux de résonance et extrema, obtention de structures avec la dualité des bandes interdites et propagées, adaptation d'une antenne insérée dans une structure périodique planaire, ouverture angulaire en fonction de la fréquence...). Les structures périodiques conformes sont par contre nouvelles. Il est fait une étude systématique de ces structures. L'application principale de la thèse est un projet RNRT dont l'objectif est de réaliser des antennes pour station de base GSM-UMTS. Une antenne utilisant une structure périodique conforme et répondant au cahier des charges, a été conçue.
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Chauveau, Clément. « Réseaux de résonateurs pour la photonique sur silicium, applications au multiplexage en longueur d'onde ». Troyes, 2012. http://www.theses.fr/2012TROY0036.
Résumé :
Le développement de la micro-électronique a permis d'obtenir des débits d'information très importants. Aujourd'hui, ces débits sont limités par la bande passante des interconnexions électriques utilisées et l'usage de lien optique devient nécessaire pour atteindre des débits supérieurs. Pour parvenir à réaliser cet objectif, de nouvelles briques de bases sont nécessaires comme des lasers, des modulateurs, des photodétecteurs et des dispositifs de guidage et de routage de la lumière. Toutes ces briques doivent être compatibles avec les procédés de fabrication CMOS. Cette thèse porte sur l'étude et le développement de composants à base de résonateurs circulaires permettant d'offrir des solutions alternatives aux dispositifs existants dans le domaine du multiplexage en longueur d'onde pour la photonique sur silicium. L'étude de résonateurs unique sur un wafer entier a permis de mettre en évidence la nécessité de la présence de dispositifs de régulation thermique pour compenser les variations technologiques. Les résultats de simulation et les dispositifs expérimentaux montrent que l'utilisation de réseaux de résonateurs permet de réaliser des opérations de filtrage large bande, avec des pertes très faibles. Basé sur ce principe, un multiplexeur 8 canaux a été fabriqué et caractérisé. Il répond aux spécifications télécoms. Ce type de composant est un candidat idéal pour permettre le développement du multiplexage en longueur d'onde dans le domaine de la photonique sur siliciumThe development of the micro-electronics industry has given access to very high data transmission rates. Currently, these data rates are limited by the electrical interconnection bandwidth and it will soon be necessary to use optical links to obtain higher data rates. To attain this objective, new building blocks must be developed such as lasers, modulators, photo-detectors, wave-guides and routing devices which must all be fully compatible with the CMOS processing. This doctoral thesis concerns the study and development of new components based on circular resonators arrays, which offer alternative solutions to existing devices in the field of wavelength division multiplexing for silicon photonics. The study of single ring resonators over the entire surface of a wafer shows that the use of thermal regulation is required to compensate for fabrication variations. Results of simulations and experiments show that arrays of circular resonators allow broadband filtering with very low loss. Based on this principle, an 8 channel multiplexer is demonstrated conforming to telecoms specifications. This kind of device is a potential candidate for use in the development of wavelength division multiplexing in silicon photonics
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Salaün, Mathieu. « Croissance d'oxyde métallique par photolyse dans un réseau d'interférences 3D ». Phd thesis, Grenoble INPG, 2008. http://www.theses.fr/2008INPG0092.
Résumé :
L'objectif de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité de réaliser une croissance de structure tri-périodique par décomposition d'une phase gazeuse dans un champ d'interférences 3D. La croissance directe de l'oxyde de chrome Cr2O3 organisée de façon tri-périodique a été prouvée. Celle-ci a lieu par décomposition photolytique du chlorure de chromyle CrO2Cl2. De plus, comme cette décomposition a été réalisée sur un substrat monocristallin de TiO2, il a été trouvé que la structuration de Cr2O3 présentait des relations d'orientations cristallographiques par rapport à celle du substrat. Le processus commence par une croissance épitaxiale de l'oxyde CrO2 de structure cristalline isomorphe de celle du rutile TiO2. L'oxyde CrO2 se décompose ensuite partiellement en Cr2O3, lui-même cristallographiquement orienté par rapport à CrO2. Puis une croissance de la phase Cr2O3 se poursuit selon les modulations de densité d'énergie électromagnétique du réseau d'interférencesThe objective of this thesis was to examine the possibility of carrying out a growth of three-dimensional periodic structures by chemical vapour decomposition in a 3D interfe-rence field. The direct growth of chromium oxide Or20:3 of 3D periodic organization was proven. This one takes place by photolytic decomposition of chromyle chloride Cr02C[2' Moreover, as such a decomposition was realized on T i02 single-crystal substrate, it was found that the structuring of Cr203 exhibits crystallographical orientational relationships with respect to the substrate. The process starts with an epitaxial growth of Or02 which the crystal structure is isomorphous with that of TiCh rutile; CrCh oxide decomposes par¬tially into C7'203, itself cristallographically orientecl with respect to Cr02' Then a growth of Cr203 phase continues according to the electromagnetic energy clensity modulations of the 3D interference network
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Vatin, Jeremy. « Photonique neuro-inspirée pour des applications télécoms ». Electronic Thesis or Diss., CentraleSupélec, 2020. http://www.theses.fr/2020CSUP0004.
Résumé :
Nous produisons chaque jour de grandes quantités de données, que nous échangeons sur le réseau Internet. Ces données sont traitées grâce à des clusters de calcul, responsables de la consommation énergétique d’internet. Dans cette thèse, nous étudions une architecture faite de composants photoniques, pour se débarrasser des composants électroniques consommant de l'énergie. Grâce aux composants actuellement utilisés dans le réseau Internet (laser et fibre optique), nous réalisons un réseau neuronal artificiel capable de traiter les données de télécommunication. Le réseau de neurones artificiel est constitué d'un laser et d'une fibre optique qui renvoie la lumière dans ce laser. Le comportement complexe de ce système est utilisé pour alimenter les neurones artificiels qui sont répartis le long de la fibre. Nous sommes en mesure de prouver que ce système est capable de traiter soit un signal avec une grande efficacité, soit deux signaux au prix d'une petite perte de précisionWe are producing everyday thousands of gigabits of data, exchanged over the internet network. These data are processed thanks to computation clusters, which are responsible of the large amount of energy consumed by the internet network. In this work, we study an architecture made of photonic components, to get rid of electronic components that are power consuming. Thanks to components that are currently used in the internet network (laser and optical fiber), we aim at building an artificial neural network that is able to process telecommunication data. The artificial neural network is made of a laser, and an optical fiber that send back the light into the laser. The complex behavior of this system is used to feed the artificial neurons that are distributed along the fiber. We are able to prove that this system is able either to process one signal with a high efficiency, or two signals at the expense of a small loss of accuracy
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Salaün, Mathieu. « Croissance d'oxyde métallique par photolyse dans un réseau d'interférences 3D ». Phd thesis, Grenoble INPG, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00612071.
Résumé :
L'objectif de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité de réaliser une croissance des structure tri-périodiques par décomposition d'une phase gazeuse dans un champ d'interférences 3D. La croissance directe de l'oxyde de chrome Cr2O3 organisée de façon tri-périodique a été prouvée. Celle-ci a lieu par décomposition photolytique du chlorure de chromyle CrO2Cl2. De plus, comme cette décomposition a été réalisée sur un substrat monocristallin de TiO2, il a été trouvé que la structuration de Cr2O3présentait des relations d'orientations cristallographiques par rapport à celle du substrat. Le processus commence par une croissance épitaxiale de l'oxyde CrO2 de structure cristalline isomorphe de celle du rutile TiO2. L'oxyde se décompose ensuite partiellement en Cr2O3, lui-même cristallographiquement orienté par rapport à CrO2. Puis une croissance de la phase Cr2O3 se poursuit selon les modulations de densité d'énergie électromagnétique du réseau d'interférences. Ce manuscrit contient aussi un rappel de la théorie du réseau d'interférences, la description du montage expérimental et la vérification de la stabilité et de sa résolution par photopolymérisation d'hybrides organo-minéraux. Une étude sur l'influence des différents paramètres de la photopolymérisation de ces hybrides est également présentée.
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Beaudin, Guillaume. « Nouvelles technologies de fabrication associées aux composants photoniques hybrides ». Mémoire, Université de Sherbrooke, 2009. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1480.
Résumé :
Afin de rendre les télécommunications optiques disponibles au plus grand nombre, le rapport coût/fonctions entrainé par la production de composants photoniques doit être fortement réduit. Or, un procédé permet de repousser les limites des dispositifs classiques basés sur un seul matériau. Il s'agit de l'intégration hybride. Cette technique fait intervenir deux échantillons ou plus pour optimiser les composants. C'est pourquoi ce projet de maîtrise s'est concentré sur le développement de nouvelles technologies de fabrication pouvant appuyer l'hybridation. En fait, ce document aborde le sujet à partir des trois directions suivantes: Direction 1: Collage moléculaire basse température à base de titane oxydé par plasma. Dans ce premier cas, le but est d'obtenir des collages moléculaires dont la forte adhésion permet de faire de l'intégration hybride en dessous de 300 [degrés Celsius]. Pour y arriver, une couche intermédiaire de titane oxydé par plasma est utilisée. Cela rend possible le collage d'échantillons de petites tailles, de matériaux différents et possédants des microstructures. Direction 2: Intégration de réseaux de Bragg verticaux dans des circuits planaires optiques. Dans ce second cas, le but est d'intégrer des réseaux de Bragg verticaux sur des branches de jonctions"Y" grâce à une lithographie mixte (photolithographie et électrolithographie combinés). Cela rend possible l'étude de dispositifs non disponibles commercialement. Direction 3: Coupleur SU-8/Silicium à faibles pertes. Dans ce dernier cas, le but est de faire le prototypage rapide de coupleurs dont les simulations prédisent une grande efficacité de couplages (>75%). Ces composants tirent profit de la plateforme silicium-sur-isolant (SOI ) et d'une photorésine, la SU-8. Cela rend possible la fabrication et le test de la première génération de ces coupleurs. L'ensemble de ces travaux ouvre la voie à des projets de microfabrication de dispositifs photoniques hybride complets et fonctionnels à l'Université de Sherbrooke.
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He, Qiong. « Diffraction de Bragg dans des réseaux minces à deux dimensions ». Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112137.
Résumé :
Le traitement optique de l’information nécessite l’utilisation de dispositifs de diffraction compacts, efficaces et ayant une bonne sélectivité. La solution proposée dans cette thèse consiste à placer un réseau mince en transmission à l’intérieur d’un réseau de Bragg en réflexion, avec le triple avantage d’obtenir, en bord de bande interdite du dispositif, une efficacité de diffraction fortement amplifiée, une sélectivité spectrale largement améliorée et un régime de diffraction de Bragg. Ce principe a été implémenté en deux conceptions : réseaux de Bragg sinusoïdaux à deux dimensions croisés et réseau en transmission sinusoïdal inscrit dans un miroir de Bragg en couches minces déposé sur un autre miroir de Bragg. Un modèle analytique a été élaboré et a permis de montrer l’immense potentiel de tels dispositifs, en termes des propriétés diffractives. Ces conceptions ont été validées par deux types de réalisations expérimentales : deux réseaux perpendiculaires inscrit dans un film de photopolymère par interférence optique, et un réseau en transmission inscrit dans un miroir de Bragg en semi-conducteur (CdMgTe/CdMnTe) par l’absorption de la figure d’interférence de deux faisceaux d’écriture. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les calculs numériques issus du modèle analytique. La comparaison avec le réseau en transmission équivalent seul inscrit dans un milieu homogène montre l’énorme amélioration apportée par nos structurations 2D. Ces résultats sont très encourageants pour les applications au traitement optique de l’informationOptical signal processing requires compact, efficient and selective devices. The solution suggested in this thesis consists in the setting of a thin transmission grating inside a reflection grating or a Bragg mirror, which offer, at the band-edge of the device, the triple advantage of a strongly amplified diffraction efficiency, a largely improved wavelength selectivity and a Bragg diffraction regime. This principle was implemented in two designs: a two-dimensional sinusoidal crossed grating and a transmission grating recorded in a Bragg reflector deposited on another totally reflecting Bragg mirror. These designs were validated by two experimental achievements: a two-dimensional sinusoidal crossed grating recorded in a photopolymer material by optical interference, and a transmission grating recorded in a semiconductor Bragg mirror (CdMgTe/CdMnTe). An analytical model was developed which showed the huge potential of such a device. The experimental results are in good agreement with numerical calculations resulting from our model. The comparison with the equivalent transmission gratings recorded in a homogeneous medium demonstrated the huge improvement in the diffraction properties when the read beam wavelength and incidence correspond to the band edge of the reflection grating or the Bragg mirror and satisfy the transmission grating Bragg condition. These results are very promising for applications in optical signal processing
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Ziebell, Melissa. « Transceiver optique en silicium pour les réseaux d'accès ». Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00873582.
Résumé :
La photonique silicium est un domaine de recherche en plein expansion, visant à intégrer la photonique avec la microélectronique. Cette technologie est envisagée pour l'obtention de solutions bas-coûts dans le domaine des télécommunications optiques grâce à l'intégration de l'optique avec l'électronique de commande des composants. La réalisation d'un lien optique rapide pour transporter une information à haut débit nécessite le développement de blocs de base performants et compatibles avec la technologie CMOS. Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur le modulateur optique en silicium, pour les applications haut débit, de 10 à 40 Gbit/s. Les résultats présentés portent notamment sur la conception, l'optimisation, la fabrication et la caractérisation de ce composant. Le modulateur est basé sur un effet électroréfractif obtenu par déplétion des porteurs dans des structures de type PN et PIPIN pour obtenir une variation de phase de l'onde optique. La modulation d'intensité est ensuite obtenue par intégration de la région active dans un interféromètre Mach Zehnder ou un résonateur en anneau. Des simulations électriques, optiques et radiofréquences ont été menées sur les différents éléments du composant, afin de concevoir un dispositif pour les applications FTTH (Fiber To The Home), fonctionnant à 1,27 µm. Parmi les points clefs de ces études on peut noter l'optimisation des électrodes RF coplanaires réalisée grâce au développement d'un modèle électro-optique prenant en compte la propagation des ondes électriques et optiques dans la région active. Un procédé technologique compatible avec la filière CMOS a ensuite été mis en place et les masques nécessaires à la fabrication ont pu être dessinés en considérant les tolérances de fabrication et paramètres critiques. Enfin un grand nombre de résultats expérimentaux ont pu être obtenus, sur des composants conçus à l'IEF et fabriqués au CEA-LETI. On peut notamment retenir un modulateur Mach Zehnder fonctionnant à 40 Gbit/s utilisant une diode " PIPIN " pour réaliser la variation d'indice, et présentant un taux d'extinction de 7.5 dB pour des pertes de seulement 6 dB. Les futures optimisations des modulateurs, silicium visent à les intégrer avec l'électronique de commande, et à aller vers des formats de modulation plus complexes mais aussi plus performants que la modulation d'intensité sur 2 niveaux considérée jusqu'à présent.
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Beninca, de farias Giovanni. « Etude de solutions OFDM en technologie "Photonique Silicium" pour les futures générations de réseaux optiques passifs ». Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01061786.
Résumé :
Dans le contexte des Réseaux Optiques Passifs (PON), les opérateurs recherchent des solutions innovantes pour augmenter le débit agrégé, nombre d'utilisateurs et portée de la transmission. En plus, des solutions émetteurs-récepteurs à bas coût sont nécessaires. La technique de transmission Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) peut améliorer les performances de la communication en termes de débit agrégé et portée comparé à la modulation classique On-Off Keying (OOK) mono-porteuse. Au même temps, la technologie Photonique sur Silicium permet de réduire le coût par unité des émetteurs-récepteurs, en raison de sa capacité de production en masse et intégration électro-optique. L'OFDM optique a déjà démontré son potentiel avec des composants optiques sur étagère. Par contre, son utilisation avec des émetteurs compatibles avec la technologie Photonique sur Silicium est plus difficile. L'objectif de ce travail est d'étudier les performances d'un lien basé sur des composants Photoniques sur Silicium utilisant la technique de modulation OFDM. Pour atteindre cet objectif, une plateforme de simulation dédiée est développée. Le modulateur-démodulateur OFDM est mise en place, ainsi que des modèles d'émetteurs Photoniques sur Silicium développés pendant la thèse. Ces modèles sont validés expérimentalement avec la caractérisation des composants disponibles au laboratoire. En parallèle, un banc expérimental est construit. Les émetteurs Photoniques sur Silicium sont comparés avec des composants à l'état-de-l' art sur étagère dans un lien OFDM optique. Dans les systèmes en modulation d'intensité et détection directe (IM/DD), une technique d'allocation quasi-optimale de bits et puissance avec de l'OFDM optique est proposée pour maximiser l'efficacité spectrale. Deux types d'émetteurs Photoniques sur Silicium sont considérés : des lasers hybrides III/V-sur-Silicium en modulation directe (expérimentation) et des modulateurs externes comme le Mach-Zehnder (MZM) (simulation) et en anneau-résonant (expérimentation et simulation). Les résultats expérimentaux montrent qu'un débit agrégé de 10Gbps peut être attendu jusqu'à 50km de fibre monomode, compatible avec les exigences de futures générations de PONs. La portée de la transmission (>10Gbps) avec le modulateur en anneau est limitée à 20km, en raison des pertes de couplage élevé en entrée/sortie de la puce. Les simulations montrent que la portée peut atteindre 100km si les pertes sont réduites. Une technique de modulation appelée Single-Side Band (SSB)-OFDM est connu pour améliorer le produit bande-passante-portée de la transmission, en comparaison avec des systèmes IM/DD (Dual-Side Band (DSB)). Par contre, l'émetteur SSB exige plusieurs composants électriques et optiques discrets, augmentant sa complexité. La technologie Photonique sur Silicium permet de un haut niveau d'intégration électro-optique. Pour cette raison, une implémentation spécifique d'un modulateur optique IQ sur Silicium permettant une génération efficace d'un signal SSB-OFDM est étudiée. Les résultats de simulation d'un cas d'étude montrent que l'émetteur Silicium permet d'atteindre une pénalité dans le budget optique relativement faible (de l'ordre de 3dB) comparé à un modulateur LiNbO3. Les solutions présentées dans cette thèse répondent aux besoins de future générations de PON en termes de débit avec des bandes-passantes relativement faibles (<6.25GHz). Ceci est un atout pour l'application considérée. Les tensions de modulations pour les liens IM/DD sont proches des celles fournies par l'électronique CMOS (about 2Vpp). Le développement récent de processeurs numériques et de convertisseurs numériques-analogiques à haut débit en CMOS font de l'OFDM une solution très attractive pour les futures générations de PONs, puisque des transmetteurs tout-Silicium peuvent désormais être envisagés.
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Beninca, de Farias Giovanni. « Etude de solutions OFDM en technologie "Photonique Silicium" pour les futures générations de réseaux optiques passifs ». Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENT083/document.
Résumé :
Dans le contexte des Réseaux Optiques Passifs (PON), les opérateurs recherchent des solutions innovantes pour augmenter le débit agrégé, nombre d'utilisateurs et portée de la transmission. En plus, des solutions émetteurs-récepteurs à bas coût sont nécessaires. La technique de transmission Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) peut améliorer les performances de la communication en termes de débit agrégé et portée comparé à la modulation classique On-Off Keying (OOK) mono-porteuse. Au même temps, la technologie Photonique sur Silicium permet de réduire le coût par unité des émetteurs-récepteurs, en raison de sa capacité de production en masse et intégration électro-optique. L'OFDM optique a déjà démontré son potentiel avec des composants optiques sur étagère. Par contre, son utilisation avec des émetteurs compatibles avec la technologie Photonique sur Silicium est plus difficile. L'objectif de ce travail est d'étudier les performances d'un lien basé sur des composants Photoniques sur Silicium utilisant la technique de modulation OFDM. Pour atteindre cet objectif, une plateforme de simulation dédiée est développée. Le modulateur-démodulateur OFDM est mise en place, ainsi que des modèles d'émetteurs Photoniques sur Silicium développés pendant la thèse. Ces modèles sont validés expérimentalement avec la caractérisation des composants disponibles au laboratoire. En parallèle, un banc expérimental est construit. Les émetteurs Photoniques sur Silicium sont comparés avec des composants à l'état-de-l' art sur étagère dans un lien OFDM optique. Dans les systèmes en modulation d'intensité et détection directe (IM/DD), une technique d'allocation quasi-optimale de bits et puissance avec de l'OFDM optique est proposée pour maximiser l'efficacité spectrale. Deux types d'émetteurs Photoniques sur Silicium sont considérés : des lasers hybrides III/V-sur-Silicium en modulation directe (expérimentation) et des modulateurs externes comme le Mach-Zehnder (MZM) (simulation) et en anneau-résonant (expérimentation et simulation). Les résultats expérimentaux montrent qu'un débit agrégé de 10Gbps peut être attendu jusqu'à 50km de fibre monomode, compatible avec les exigences de futures générations de PONs. La portée de la transmission (>10Gbps) avec le modulateur en anneau est limitée à 20km, en raison des pertes de couplage élevé en entrée/sortie de la puce. Les simulations montrent que la portée peut atteindre 100km si les pertes sont réduites. Une technique de modulation appelée Single-Side Band (SSB)-OFDM est connu pour améliorer le produit bande-passante-portée de la transmission, en comparaison avec des systèmes IM/DD (Dual-Side Band (DSB)). Par contre, l'émetteur SSB exige plusieurs composants électriques et optiques discrets, augmentant sa complexité. La technologie Photonique sur Silicium permet de un haut niveau d'intégration électro-optique. Pour cette raison, une implémentation spécifique d'un modulateur optique IQ sur Silicium permettant une génération efficace d'un signal SSB-OFDM est étudiée. Les résultats de simulation d'un cas d'étude montrent que l'émetteur Silicium permet d'atteindre une pénalité dans le budget optique relativement faible (de l'ordre de 3dB) comparé à un modulateur LiNbO3. Les solutions présentées dans cette thèse répondent aux besoins de future générations de PON en termes de débit avec des bandes-passantes relativement faibles (<6.25GHz). Ceci est un atout pour l'application considérée. Les tensions de modulations pour les liens IM/DD sont proches des celles fournies par l'électronique CMOS (about 2Vpp). Le développement récent de processeurs numériques et de convertisseurs numériques-analogiques à haut débit en CMOS font de l'OFDM une solution très attractive pour les futures générations de PONs, puisque des transmetteurs tout-Silicium peuvent désormais être envisagésIn the context of Passive Optical Networks (PON), operators are looking for innovative solutions to increase aggregated data-rate, split-ratio and reach. Another requirement is that transceivers should be as low-cost as possible. The optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique can improve performance of the transmission in terms of data-rate and reach as compared to classical single-carrier On-Off Keying (OOK) modulation. At the same time, the silicon photonics technology can lower the cost per unit of the transceiver, due to its mass production and E/O integration capabilities. Optical OFDM has already shown its potential using commercially available optical components. However, its use with silicon photonics Directly-Modulated Lasers (DML) and modulators is more challenging. The objective of this work is to study the performance of OFDM -based solutions for future PON, using silicon photonics transmitters. For that purpose, a dedicated simulation platform is developed. The OFDM modem is implemented, as well as models of silicon photonic devices built during this thesis. These models are validated by characterizing physical components available for test. In parallel, an experimental test-bed is developed. The silicon photonics transmitters are benchmarked with commercial-available transmitters for OFDM-based optical systems. For Intensity-Modulated/Directly-Detected (IM/DD) links, the use of optical OFDM with adaptive bit and power loading is proposed to maximize spectral efficiency. Two types of silicon photonics transmitters are considered: directly modulated III/V-on-silicon lasers (experiment) and external optical modulators such as Mach-Zehnder Modulator (MZM) (simulation) and ring-resonator (simulation and experiment). Experimental results show that the hybrid DML can provide more than 10Gbps aggregated data-rate over at least 50km, which is a requirement for future uplink PON (from the subscriber to the central office). For the silicon ring modulator, because of the high coupling loss in and out of the photonic chip, reach was limited to 20km for a data-rate higher than 10Gbps. These are the first experimental demonstrations of OFDM modulation with hybrid III/V-on-silicon lasers and silicon ring-resonator modulator. Besides, simulation results show that reach can be indeed improved up to 100km if the optical signal is amplified or the coupling loss reduced. A modulation technique called Single-Side Band (SSB)-OFDM is known to improve the [bandwidth x reach] product of the link, as compared to IM/DD (Dual-Side Band (DSB)) systems. However, it requires expensive transmitters with several discrete optical components. As silicon photonics technology allows a very high level of integration between different optical components and between electrical and optical devices, a silicon optical IQ modulator enabling ac{SSB}-ac{OFDM} technique is investigated. Simulation results of a study-case reveal that a relatively low optical budget penalty (up to 3dB) of the silicon photonics transmitters as compared to the LiNbO3 modulator is achieved. The solutions presented in this thesis are demonstrated to be compliant with future PON in terms of data-rate, with relatively low bandwidth (<6.25GHz) electronics. This is a great asset for the considered application. The driving voltages required for typical IM/DD systems showed to be closer to what CMOS driving circuitry can provide (about 2Vpp). Recent developments on high-speed digital signal processors and D/A-A/D converters, using CMOS technologies, make optical-OFDM an attractive solution for future PONs as full-Silicon-transmitters could be used
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Lechevalier, Corentin. « Structure des bandes, états propres et dynamique non linéaire dans un réseau photonique fibré ». Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2022. http://www.theses.fr/2022ULILR070.
Résumé :
L'objet des recherches de ce manuscrit est de caractériser la dynamique de la lumière dans un réseau photonique. Les réseau photoniques sont des plateformes dans lesquels la lumière peut se propager et être analysée en détail. Le réseau photonique est composé de deux anneaux fibrés couplés entre eux. L'évolution de la lumière dans ces anneaux est entièrement décrite par une relation. Celle-ci est particulièrement difficile à obtenir dans son intégralité en une seule mesure. Dans notre étude, nous proposons d'associer un dispositif complémentaire qui va servir de référence pour mesurer entièrement et en une seule fois la relation.Une fois que nous mesurons cette relation, nous analysons sa structure pour décrire des propriétés fondamentales du réseau. Notre dispositif expérimental se montre particulièrement efficace pour étudier différentes formes de relation mais surtout des phénomènes physiques complexes comme la formation d'impulsion de forte puissance ou encore l'interaction entre impulsionsThe subject of this manuscript's research is based on the characterization the dynamics of light in a photonic lattice. Photonic lattice are platform where light can propagate and be precisely analysed. The photonic lattice studied is formed by two fiber coupled ring. The evolution of light inside the lattice is fully describe by one relation. This one is especially challenging to be measured in a single measure. In our study, we propose to measure the complet relation into a single measure thanks to an add-on device.When the relation is observed, we analyze its structure to describe fundamental propreties of the lattice. Our experimental device offer the possibility to measure various relation but moreover complex physical phenomena such as high pulses formation, coherents structures or pulses interactions
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Chevriaux, Dominique. « Supratransmission et bistabilité nonlinéaire dans les milieux à bandes interdites photoniques et électroniques ». Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20039.
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Tsyier, Sergei. « Caractérisation des profils d'indice de réseaux de Bragg innovants en module et phase ». Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2013. http://www.theses.fr/2013ENST0022.
Résumé :
Récemment, de nouvelles techniques ont été développées pour la fabrication des réseaux de Bragg à profil complexe. Ces composants photoniques sont utilisés dans plusieurs applications émergentes telles que la compensation de la dispersion pour les systèmes de communication de longue portée, les lasers à fibre, multiplexeurs et détecteurs optiques. Le diagnostic après inscription devrait fournir les informations nécessaires pour l’amélioration de la fabrication des réseaux de Bragg. Nous savons que les propriétés spectrales du réseau de Bragg sont liées au profil d’indice Δn. Les techniques de mesure directes, telles que la diffraction latérale de Krug, permettent de retrouver l’amplitude de modulation d’indice le long du réseau. Cependant, ces techniques sont insensibles aux fluctuations de phase. Une méthode alternative de caractérisation indirecte fondée sur l’algorithme de Layer-Peeling (LP) a été proposée. Toutefois elle ne peut pas être appliquée à la caractérisation des réseaux longs en raison de la propagation du bruit de calcul. Dans cette thèse nous avons présenté une nouvelle technique pour la mesure directe de l’amplitude et de la phase du profil d’indice le long du réseau de Bragg fondée sur la luminescence bleue (LB) induite par l’irradiation UV. Nos résultats expérimentaux de la mesure du profil de modulation d’indice sont en bonne correspondance avec la méthode de Krug. La méthode que nous proposons peut être appliquée à la caractérisation des réseaux longs. Elle permet de retrouver simultanément l’amplitude de modulation d’indice Δnac(z), la fonction du chirp et détecter le changement de l’indice moyen Δndc(z)N the last decade new techniques were developed for fabrication of sophisticated Fiber Bragg Gratings (FGBs). This has been motivated by the emergence of many applications such as dispersion compensation for long-haul communication systems, DFB fiber lasers, optical add/drop multiplexers, and optical sensors. Post-fabrication diagnostics should provide relevant information to enhance the FBG fabrication process. It is well known that the FBG spectral properties are related to the index profile Δn. Direct measurement techniques, such as the side diffraction method reported by P. Krug, allow determining the index modulation amplitude along the FBG. Nevertheless, these techniques provide no information about phase fluctuations. An alternative method of indirect characterization, based on the Layer-Peeling (LP) algorithm, consists in Bragg grating profile reconstruction from its complex reflectivity. However, the LP method is unstable when applied to characterize long FBGs (>1mm) due to the error propagation effect. In this thesis we have shown the principle of a novel technique for the direct measurement of amplitude and phase variations of the index modulation along an FBG based on the blue luminescence (BL). Our experimental results are in a good agreement with the according Krug characterization. The proposed method of FBG characterization in amplitude and phase using the UV induced BL can be applied to long gratings (up to tens of centimeters) having complex index modulation profiles. It allows retrieving simultaneously the index profile modulation Δnac(z) and the chirp function, localizing phase shifts, and also detecting the mean index change Δndc(z)
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Collardey, Sylvain. « Applications des matériaux à bande interdite photonique à la réduction de la S. E. R. D'un réseau d'antennes ». Rennes 1, 2002. http://www.theses.fr/2002REN10155.
Résumé :
Cette thèse se décompose en trois parties distinctes : Analyse numérique des matériaux à Bande Interdite Photonique (BIP) métallique, Calcul de la Surface Equivalente Radar (S. E. R. ) d'une antenne et Etude d'un radôme à BIP métallique permettant la réduction de la S. E. R. D'un réseau d'antennes. La caractérisation des matériaux à BIP a été effectuée, dans un premier temps, par le développement d'une méthode de calcul de S. E. R. Semi-analytique et dans un second temps par une étude paramétrique permettant l'évaluation de la réponse fréquentielle du matériau en fonction de sa géométrie. Dans la deuxième partie, il a été montré que le champ diffusé s'exprime pour une charge quelconque en fonction de l'impédance de l'antenne à l'émission et des champs diffusés en circuit ouvert ou en court-circuit. Après, la validation théorique d'un concept de radôme à BIP, des mesures expérimentales ont montré la capacité de ce dernier pour la réduction de la S. E. R. D'un réseau d'antennes.