Tesi: "Résonateur à cristal photonique"

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Makles, Kevin. "Nano-membranes à cristal photonique pour l'optomécanique". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066457/document.

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Abstract (sommario):

Dans ce manuscrit, nous présentons le développement d'un résonateur optimisé pour observer des effets quantiques du couplage entre un resonateur mécanique et le champ electromagnétique via la pression de radiation. Celui-ci doit combiner une réflectivité élevée, une faible masse, ainsi qu'un facteur de qualité mécanique élevé. Le résonateur consiste en une membrane suspendue de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur, et de quelques dizaines de microns de côté, présentant une réflectivité importante grâce à l'utilisation de cristaux photoniques. Après une étude détaillée de la physique d'un cristal photonique en incidence normale, nous présentons les résultats expérimentaux, en bon accord avec des simulations optiques, notamment lorsque la membrane est utilisée comme miroir de fond d’une cavité Fabry-Perot. Dans un second point, nous passons en revue les mécanismes d'amortissement mécanique à l’œuvre dans les micro-résonateurs. Nous montrons ensuite comment l'introduction de contraintes peut améliorer leur facteur de qualité. Nous finissons la caractérisation mécanique par l'étude de non-linéarités apparaissant lors des grandes amplitudes de mouvement. Puis nous présentons le montage expérimental permettant l'observation du bruit thermique de ces resonateurs. Celui-ci a également permis d'obtenir des résultats préliminaires sur le refroidissement de leur bruit thermique par friction froide et par effet photothermique. Enfin, nous présentons le développement d’un système de couplage capacitif entre la membrane et un circuit électrique, constituant la première étape de la réalisation d’un transducteur optomécanique entre photons optiques et micro-ondes
The field of optomechanic consists in studying the coupling induce by the radiation pressure between a mechanical resonator and a light field, it has expended over the last fifteen years. In this memoir we present the developpement of a resonator optimised to observe quantum effect of the optomechanical coupling. On the one hand, it has to combine a high reflectivity and a low mass to enhance its coupling with the light field. On the other hand it should exhibit high mechanical quality factor in order to minimize its interaction with the environment. This resonator is a suspended membrane, whose thickness is about hundreds of nanometers, and whose reflectivity is achieved thanks to a photonic crystal. After a study of the photonic crystal physic in normal incidence, we present the experimental results including those in the end mirror of a Fabry-Pérot cavity configuration, which are in good agreement with the optical simulations. In a second point, we list the dissipation mechanisms in micro-resonator. Then we show how the stress introduction in such resonators can improve the quality factor. We finish the mechanical characterisation by studying mechanical non-linearities which appears in the case of large amplitude of motion. Then we present the experimental set-up developed to observe the thermal noise of the resonators. We also obtain some preliminary results about the cooling of the thermal noise using active cooling and photothermal effect. Last we present the development of a capacitive coupling between the membrane and a electrical circuit. This device is the first step toward the realisation of an optomechanical transducer between optical and micro-wave photons

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Jara-Schulz, Gladys. "Control of linear and nonlinear resonances in coupled nano-electromechanical membranes". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP165.

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Abstract (sommario):

Les systèmes micro et nanoélectromécaniques sont largement explorés pour des applications en photonique intégrée et pour sonder des phénomènes physiques fondamentaux. Un important corpus de recherches se concentre sur les dynamiques linéaires et non linéaires des résonateurs couplés ainsi que leurs comportements collectifs. Cette thèse présente la conception, la fabrication et la caractérisation de membranes opto-électromécaniques nanométriques couplées, dans les régimes linéaires et non linéaires, et est divisée en trois parties principales. La première partie détaille la conception, l'optimisation et la fabrication de résonateurs à membrane couplée qui sont mis en mouvement grâce à des électrodes interdigitées placées à quelques centaines de nanomètres sous la membrane. Les déplacements mécaniques de ces membranes sont lus par des moyens optiques. Afin d'améliorer la réflectivité et donc la lecture optique, des miroirs à cristaux photoniques sont conçus au sein de chaque membrane. Sur la base de simulations numériques, les modes propres mécaniques, l'efficacité de l'excitation électromécanique et le couplage mécanique entre les membranes sont discutés et évalués. La deuxième partie se concentre sur la dynamique linéaire et non linéaire de deux résonateurs couplés. Nous présentons un modèle pour caractériser la réponse du système dans le régime linéaire, en montrant comment les forces externes ont un impact sur les dynamiques en amplitude et en phase. Les expériences démontrent un contrôle interférométrique sur les réponses mécaniques par le biais d'une double excitation, conduisant à des phénomènes de type CPA (Coherent Perfect Absorption). Dans ce cadre, l'amplification et l'annihilation de la réponse en amplitude sont démontrées. De plus, grâce à la mesure de la phase, nous démontrons la présence d'une charge topologique dans l'espace des paramètres étudiés ainsi qu'une nouvelle stratégie pour l'amplification de phase d'un petit signal. Des forces électriques plus fortes induisent des non-linéarités mises en évidence par des bistabilités et modélisées par des résonateurs de Duffing couplés. L'implémentation d'une boucle de rétroaction électrique envoyant le signal enregistré d'une membrane à l'autre permet de contrôler les bistabilités. En outre, elle permet également d'accéder à des régions de multistabilité ouvrant ainsi de nouvelles voies vers des processus physiques et dynamiques plus riches et complexes. La troisième partie étend ces recherches au cas plus complexe de trois membranes couplées. Ici, nous explorons d'abord le système dans son régime linéaire et développons des techniques pour contrôler expérimentalement les modes propres mécaniques. Pour ce faire, les actionnements électriques ainsi que les moyens de lecture optique peuvent être réglées pour ajuster les résonances mécaniques. Ainsi, dans le régime linéaire, les résonances de Fano dues aux interférences entre modes de résonance sont révélées et contrôlées par des moyens in situ. En augmentant la force d'actionnement, on atteint un régime non linéaire où des régions de verrouillage de phase sont identifiées. Cela démontre l'interaction entre les résonances de Fano et la synchronisation dans un large espace de paramètres. Enfin, nous ouvrons des perspectives de recherche sur le comportement collectif et les phénomènes plus complexes dans des réseaux de résonateurs non linéaires couplés de plus grande taille. Cela nécessite d'explorer différents schémas de couplage et de relever les défis des techniques de détection. À terme, cela pourrait contribuer à des applications prometteuses dans le domaine de la modulation optique à faible puissance, des technologies de détection et des systèmes électro-optomécaniques non linéaires avancés
Micro and nanoelectromechanical systems are widely explored for applications in integrated photonics and for probing fundamental physical phenomena. A significant body of research focuses on coupled resonators' linear and nonlinear dynamics and their collective behaviors. This thesis presents the design, fabrication, and characterization of coupled nano-opto-electromechanical membranes in both linear and nonlinear regimes and is divided into three main parts. The first part details the design, optimization, and fabrication of coupled membrane resonators, which are put into motion thanks to interdigitated electrodes placed at a few hundred nanometers underneath the membrane. The mechanical displacement of these membranes is read by optical means. In order to enhance the reflectivity and thus the optical reading, photonic crystal mirrors are designed on each membrane. Based on numerical simulation, mechanical eigenmodes, electromechanical excitation efficiency, and mechanical coupling between membranes are discussed and assessed. The second part focuses on the linear and nonlinear dynamics of two coupled resonators. We present a model for characterizing the system's response in the linear regime, showing how external forces impact the amplitude and phase dynamical responses. Experiments demonstrate interferometric control over mechanical responses through double excitation, leading to CPA-like (Coherent Perfect Absorption) phenomena. Within this framework, amplification and annihilation of amplitude response is demonstrated. Moreover, thanks to the phase dynamics, we demonstrate a topological charge in the parameter space studied as well as a new strategy for phase amplification of small signals. Stronger electrical forces induce nonlinearities highlighted by bistabilities and modeled by coupled Duffing resonators. The implementation of an electrical feedback loop by sending the recorded signal from one membrane to the other allows the control of bistabilities. Beyond this, it also allows access to multistability regions, opening new avenues towards richer physics and more complex dynamical processes. The third part expands these investigations to the more complex case of three coupled membranes. Here, we first explore the system in its linear regime and develop techniques to experimentally control mechanical eigenmodes. In order to do so, electrical actuators, as well as optical readings, can be adjusted to tune mechanical resonances. Thus, in the linear regime, Fano resonances due to interferences between resonant modes are revealed and controlled by in-situ means. By pushing towards stronger actuation, a nonlinear regime is reached where phase-locking regions are identified. This demonstrates the interplay between Fano resonances and synchronization in a large parameter space. Finally, we provide perspectives for further research on collective behavior and more complex phenomena in larger nonlinear coupled resonator arrays. This requires exploring different coupling schemes and challenges related to detection techniques. Down the line, this may contribute to promising applications in low-power optical modulation, sensing technologies, and advanced nonlinear electro-optomechanical systems

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Férachou, Denis. "Application des fibres creuses à cristal photonique pour la réalisation de résonateurs micro-ondes et de guides d’onde térahertz". Limoges, 2012. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/6c8250cd-a5a5-4db6-bc7c-1c9ffc8bbfbf/blobholder:0/2012LIMO4042.pdf.

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Abstract (sommario):

Le domaine térahertz (THz) est une gamme de fréquence encore peu étudiée. La difficulté à générer et à détecter dans ce domaine a longtemps empêché son développement comparativement aux domaines de l’optique (> 100 THz) et des micro-ondes (< 100 GHz). L’étude proposée dans cette thèse concerne les guides d’onde THz basés sur l’adaptation des structures des fibres optiques à coeur creux composées d’un cristal photonique. Les faibles pertes qu’il est possible d’atteindre avec ce genre de fibres optiques ont été démontrées. L’intérêt de cette adaptation est donc de retrouver les avantages de ce genre de structures au domaine THz. Un chapitre introductif présente plus en détail le domaine THz et les contraintes de ce domaine. Un état de l’art des guides d’onde THz ainsi que le banc de spectroscopie THz dans le domaine temporel développé pour l’étude des guides d’onde sont aussi présentés. Le deuxième chapitre est consacré aux modèles développés en optique pour expliquer le confinement dans les fibres basées sur les cristaux photoniques ainsi que l’adaptation de ces cristaux aux domaines micro-ondes et THz. Le dernier chapitre porte sur l’optimisation et la réalisation de résonateurs micro-ondes et de guides d’onde THz basés sur des cristaux photoniques à bandes interdites adaptés
The domain terahertz (THz) is a little studied frequency range. The difficulty to generate and detect in this domain has long prevented its development compared to the optical domain (> 100 THz) and microwaves (<100 GHz). The study proposed in this thesis concerns the terahertz waveguides based on structural adaptation of hollow core optical fibers composed of a photonic crystal. The low losses it is possible to achieve with this kind of optical fibers have been demonstrated. The interest of this adaptation is to find the same advantages of such structures in THz. An introductive chapter provides more detail on the THz domain and the constraints of this area. A state of the art of THz waveguides and the THz time domain spectroscopy setup developed for the study of waveguides are presented. The second chapter is devoted to models developed to explain the optical confinement in fibers based on photonic crystals and the adaptation of these crystals to microwave and THz domains. The last chapter deals with the optimization and realization of microwave resonators and waveguides THz based on adapted photonic bandgap crystals

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Hedir, Melissa. "Design, study, and fabrication of photonic crystal coupled-cavity arrays for investigating non-Hermitian zero-modes". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP056.

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Abstract (sommario):

Les cavités couplées à base de cristal photonique (PhC) représentent des plates-formes intéressantes pour de nombreux protocoles d'information ou de calcul, tant classiques que quantiques. Elles servent également de bancs d'essai très polyvalents pour étudier des phénomènes optiques avancés, tels que les zero-modes photoniques non Hermitiens. Ces zero-modes, des états liés intrigants ayant suscité l'intérêt à travers le cas des zero-modes de Majorana, présentent des valeurs propres d'énergie nulle dans un réseau de cavités ou de guides d'ondes. En tant que modes protégés topologiquement ou symétriquement, on s'attend à ce qu'ils soient robustes face aux désordres de couplage, ouvrant ainsi un large éventail d'applications, de l'ingénierie des modes laser au calcul optique. Ce travail de thèse présentel'observation expérimentale des zer-modes photoniques dans des réseaux unidimensionnels de cavités couplées présentant une distribution de gain/perte, également appelés réseaux non Hermitiens. Notre étude s'est focalisée sur des réseaux composés d'un nombre impair de cavités (trois et cinq). Nous avons notamment constaté que le contrôle du couplage évanescent entre les cavités modifie considérablement le désaccord en fréquence, ce qui entrave la réalisation des zero-modes. Pour contourner ce problème, nous avons développé un nouveau design que nous avons appelée "technique d'ingénierie des barrières images", permettant un contrôle précis de la force de couplage au sein de réseaux unidimensionnels de cavités couplées sans le désaccord en fréquence concomitant causé par les terminaisons dans la chaîne, élargissant ainsiconsidérablement la plage d'observabilité des modes zéro. Cette méthode facilite également la construction de chaînes de cavités avec un couplage non uniforme, ce qui nous permet d'évaluer l'immunité inhérente des zero-modes face aux perturbations de couplage. Remarquablement, la capacité à inverser les signes de couplage permise par notre méthode de contrôle du couplage conduit à une inversion de la symétrie du zero-mode, permettant donc d'élargir le potentiel pour des investigations expérimentales et théoriques de ces modes. Cela offre une possibilité de réaliser une oscillation de zero-mode en phase, une caractéristique intéressante pour exalter le champ lointain des lasers topologiques
Coupled photonic crystal (PhC) cavities are outstanding platforms for many classical and quantum information or computing protocols. They are also highly versatile testbeds for exploring advanced collective optical phenomena, such as the so-called non-Hermitian photonic zero modes. Zero modes are intriguing bound states that have captured attention through the elusive case of Majorana zero modes. In optics, “photonic zero-modes” exhibit zero-energy eigenvalues in a cavity or waveguide array. Being topologically or symmetry-protected modes, they are expected to be robust against coupling disorder, opening up a wide range of applications, from laser mode engineering to optical computing. This thesis work presents the experimental observation of photonic zero modes in small coupled cavity arrays featuring a gain/loss distribution -also called non-Hermitian arrays composed of an odd number of photonic crystal (PhC) cavities, from three to five. Importantly,we have found that controlling the evanescent coupling between the cavities significantly alters the frequency detuning which hampers the realization of zero modes.To address this issue, we developed a new design that we called “image barrier ” engineering technique, which enables precise control of coupling strength within 1D arrays of coupled cavities without the concomitant frequency detuning caused byterminations in the chain, thus, significantly expanding the observability range of zero modes. This method also facilitates the construction of cavity chains with nonuniform coupling, thus allowing us to assess the inherent immunity of zero modesto coupling perturbations. Remarkably, the ability to invert coupling signs enabled by our coupling control method leads to achieving an inversion of the zero mode's symmetry, broadening the potential for experimental and theoretical investigationsof these modes, either symmetry or topologically protected. This gives a handle to realize in-phase zero-mode oscillation, a crucial requirement to improve the far-field of topological lasers

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Quelene, Jean-Baptiste. "Conception d’une interconnexion optique sur silicium constituée d’anneaux résonants multiplexée en longueur d’onde". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT002/document.

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Abstract (sommario):

Nous assistons aujourd'hui à une explosion des demandes de calcul, de stockage et de transfert de données. Dans ce contexte, le développement des ordinateurs à haute performance est crucial mais il est limité par le débit et la consommation des interconnexions électriques entre puces ou intra-puces. La photonique sur silicium propose de lever ce verrou technologique en utilisant la maturité des procédés de fabrication de microélectronique pour concevoir des interconnexions optiques à très haut débit et à faible énergie par bit. Dans ces travaux, nous nous proposons de dimensionner un lien optique intégré sur silicium pour par exemple adresser le défi technologique des interconnexions intra-puces entre un processeur et une mémoire DRAM de dernière génération. Le lien optique conçu est multiplexé en longueur d’onde et utilise des composants intégrés à faible empreinte appelés anneaux résonants pour les fonctions de modulation et de démultiplexage. Les sources laser dont seront munis ces interconnexions consomment une puissance importante : nous nous attachons à optimiser la performance des composants utilisés en termes de puissance optique. A partir d’une analyse système, nous proposons une architecture de lien et construisons un modèle pour évaluer les pénalités en puissance optique associées au transmetteur et au récepteur du lien de communication à l’aide de simulations statiques et dynamiques. Ce modèle comprend des contributions des modulateurs et des filtres du démultiplexeur considérés individuellement ainsi que des contributions liées au multiplexage en longueur d’onde à l’émission et à la réception. Des modulateurs optiques en anneau sont fabriqués en technologie PIC25G, caractérisés en statique et en dynamique puis comparés au modèle. Enfin, des démonstrateurs multiplexés en longueur d’onde sont conçus et mis en œuvre permettant de valider nos modèles prédictifs et d'en soulever de futurs perfectionnements
The 21st century is characterized by the explosion of demand for computing power as well as data storage and transfer. In this context, the development of high-performance computers is crucial but it is limited by the bandwidth and the energy efficiency of chip-to-chip and intra-chip electrical interconnects. Silicon photonics is a promising solution that uses microelectronics manufacturing techniques to fabricate optical components dedicated to efficient and high-bit-rate optical communication links.This work aims at designing a silicon photonic intra-chip high-bandwidth interconnect based on the example of latest-generation DRAM specifications. Wavelength division multiplexing (WDM) is used with low-footprint components called optical ring resonators for modulation and filtering.Lasers sources are a non-negligible contributor to overall system power consumption. For this reason, this thesis focuses on the optimization of ring resonators in terms of optical power. We first carry out a system analysis and propose an architecture that consists of parallel WDM links. Then a system model that evaluates optical power penalties related to the transmitter and the receiver is built up using static and dynamic simulations. Individual contributions of modulators, filters as well as the impact of adjacent channels at the transmitter and receiver sides are taken into account. Optical ring modulators are fabricated in PIC25G technology and characterized through static and dynamic measurements in order to validate our model. Finally, wavelength division multiplexed prototypes are designed and demonstrations corresponding to different WDM configurations are carried out which allows for suggestions of future improvements from the comparison with our predictive model

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Peyrade, David. "Etude et réalisation de nanostructures photoniques en géométrie planaire : cristaux photoniques et résonateurs Fabry-Pérot". Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20056.

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Samsel, Marcel. "Metrologie photonique et photonique de puissance : applications biomedicales et industrielles". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1987. http://www.theses.fr/1987STR13122.

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Abstract (sommario):

Contribution a la thermographie et a la thermometrie biomedicales par cristaux liquides cholesteriques; a l'emissivimetrie infrarouge et a la rugosimetrie par analyse de speckle; a la keratoplastie par laser co::(2)

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Fasquel, Sophie. "Propriétés optiques de structures guidantes en cristal photonique". Lille 1, 2005. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/e2f8fa6b-4758-4782-808c-b7155b110a74.

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Abstract (sommario):

Ces travaux de recherche portent sur l'étude de stmctures guidantes à base de cristaux photoniques. Il s'agit de réseaux de trous d'air gravés dans une hétérostructure confinante de type InP/lnGaAsP/lnP. Notre contribution sur ce sujet regroupe des aspects numériques théoriques bi et tridimensionnels et des aspects de fabrication. Les cristaux photoniques ont un grand intérêt pour l'optique et les télécommunications, car ils permettent de manipuler la lumière -routage, (dé)multiplexage, filtrage - dans des dimensions restreintes. Par analogie avec le gap des semiconducteurs, la périodicité de ces matériaux génère l'ouverture d'une bande spectrale interdite pour les photons. Nous exploitons à la fois cette bande interdite pour réaliser des guides optiques ou des dispositifs de filtrage directionnels appelés « Add-drop », et les bandes permises du cristal pour l'étude de la réfraction négative dans ces milieux périodiques qui peuvent posséder un indice de réfraction négatif.

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Braive, Rémy. "Contrôle de l'émission spontanée dans les cavités à cristal photonique". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00355107.

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Abstract (sommario):

On appelle laser à émission spontanée contrôlée, un laser dont la fraction beta d'émission spontanée dans le mode laser s'approche de 1. De tels composants présentant une redistribution spatiale et une exaltation de la dynamique d'émission spontanée, doivent présenter des seuils laser réduits et des bandes de modulation directe accrue. Ceci requiert néanmoins le recours à des cavités de fort facteur de qualité et de faible volume modal. Les cavités à cristaux photoniques sur membrane peuvent satisfaire ces critères. Outre un dessin de cavité adapté, l'obtention de forts facteurs de qualité requiert des profils de gravure parfaitement verticaux des trous formant le cristal photonique. Pour cela, j'ai développé un nouveau procédé de gravure de la membrane de GaAs avec la technique d' ''Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching ''. Nos cavités en GaAs, comprenant un plan de boîtes quantiques InAs comme milieu à gain, présentent des facteurs de qualité supérieurs à 15 000. En fonction du dessin de la cavité, un effet laser a été mis en évidence à 4 K avec des fractions beta allant de 0,44 à 0,94. L'étude dynamique résolue spectralement des lasers à fort beta (~ 0,67) révèle la génération d'impulsions laser gaussiennes d'une durée de 35 ps, avec une évolution spectrale linéaire de la résonance laser durant l'impulsion. En imprimant une modulation optique directe à 10 GHz sur le composant, le chirp linéaire observé sur chaque impulsion délivrée reste identique à celui mesuré en réponse à une seule impulsion d'excitation. Ceci permet d'envisager des techniques de compensation du chirp simple et indépendant du motif de modulation.

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Bourgeois, Martin. "Commutation optique dans un cristal photonique à base de silicium". Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2001. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp04/MQ62578.pdf.

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Han, Zheng. "Vers le laser Raman à cristal photonique en filière silicium". Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112162.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'étude et à la réalisation d'un laser Raman basé sur les structures à cristaux photoniques (CP) en filière silicium. Nous avons montré que des guides d'onde ridges d'accès combinés avec des tapers inversés permettent d'améliorer efficacement le couplage expérimental de la lumière externe dans des CP. Nous avons réalisé des cavités à CP en approche membrane qui ont permis d'atteindre des facteurs de qualité supérieurs à 2 millions avec un volume modal de l'ordre de la longueur d'onde au cube. Nous avons montré également que le facteur de qualité des cavités à CP dépend de la position des guides d'onde à CP utilisé pour le couplage. Parallèlement, les modélisations numériques sur un nouveau design des cavités en approche SOI nous ont donné un facteur de qualité élevé jusqu'à 8 millions. Nous avons observé une mise en forme du spectre Raman et un renforcement de l'efficacité de la diffusiion Raman d'un factuer supérieur à 10 dans un guide d'onde à CP W1 par rapport à un guide d'onde ridge mono-mode. En particulier, nous avons analysé cette exaltation à travers l'effet Purcell. Nous avons montré qu'une valeur déterministe et une mesure du facteur de Purcell dans une micro-cavité en semi-conducteur peuvent être obtenues en utilisant la diffusion Raman spontanée comme source interne. Un nouveau design de cavité supportant une double résonnance nous a permis d'observer une diffusion Raman stimulée à température ambiante sous une excitation continue. Ces résultats nous permettent de prévoir un seul laser inférieur à 100 mW si l'absorption par porteurs libres peut être rendue négligeable
This work of this thesis has been primarily devoted in the studies and the realization of a Raman laser based on silicon photonic crytal structures. We have shown that access ridge waveguides combined with the inverted tapers allow in optimise efficiently the experimental coupling of the light from an optical fibes into the photonic crystal. We have fabricated the photonic crystal cavities in membrane approach which have allowed to reach quality factor above 2 million with a modal volume of the order of cube wavelenght. The quality factor of photonic crystal cavities has been found dependent on the position of the photonic crystal waveguide used for the coupling. In parallel, the numerical modelings on a new design of the photonic crystal cavities in SOI approach have demonstrated an ultra-high quality factor above 8 000 000. We have observed a reshaping of the Raman spectrum and a more than tenfold enhancement of the Raman scattering efficiency in a W1 photonic crystal waveguide as compared to a single mode ridge waveguide. In particular, we have analysed this enhancement through the Purcell effect. We have shown that a deterministic value and measurement of the Purcell factor in a semiconductor microcavity can be obtained by using spontaneous Raman scattering as an internal source. A new design of a microcavity supporting a double resonance has allowed us to observe stimulated Raman scattering at room temperature under continuous excitation. The model, which accounts for stimulated scattering, two-photon absorption and free-carrier absorption, allows us to predict the onset of Raman lasing in silicon photonic crystals

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Jamier, Raphaël. "Propriétés linéaires des fibres optiques à cristal photonique à cœur solide". Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/cc01e272-24b8-44b9-b5a1-478b8ebad714/blobholder:0/2007LIMO4044.pdf.

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Abstract (sommario):

L’implantation de cristaux photoniques dans les fibres optiques a permis de repousser les seuils d’apparition des phénomènes physiques limitant le transport et la génération de forte puissance. La taille du cœur et l’aire effective du mode fondamental sont fortement augmentées tout en conservant une émission monomode. Les fibres à cristal photonique étudiées ici sont définies par une gaine périodique unidimensionnelle autorisant un guidage de la lumière par effet de bande interdite photonique. Leur potentiel est révélé au travers de l’étude de leurs propriétés linéaires. La conception, la fabrication et la caractérisation de fibres présentant des aires effectives élevées - relativement au carré de la longueur d’onde - sont présentées. La réduction drastique des pertes de confinement et de la sensibilité aux courbures est montrée. La possibilité de les intégrer comme composant passif dans une source laser « tout fibré » est abordée au travers d’un exemple de gestion de la dispersion
The insertion of photonic crystal in optical fibres made it possible to increase the thresholds of physical phenomena limiting the delivery and the generation of high power. The core size and the effective area (Aeff) of the fundamental mode are drastically increased while preserving a singlemode emission. The photonic crystal fibres studied here are defined by a one-dimensional periodic cladding allowing the light to be guided by the so-called photonic bandgap effect. Their potential is revealed through the study of their linear properties. Results about the design, fabrication and characterisation of fibres exhibiting large Aeff relative to the wavelength are reported. The drastic reduction of confinement loss and bending sensitivity is shown. The possibility of integrating such a fibre as a passive element in an “all fibre” laser source is also shown through an example of dispersion management

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Calero, Vila Venancio. "Antenne à cristal photonique électro-optique pour la détection de fréquences électromagnétiques". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD018.

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Abstract (sommario):

Ce travail se concentre sur la fabrication d’un capteur de champ électrique non invasif, basé sur des effets électro-optiques. Ces dispositifs, entièrement diélectriques, ne perturbent pas le champ électrique à mesurer. La plus part des capteurs de champ électrique basé sur les effets électro-optiques sont des modulateurs du type Mach-Zehnder. Ces capteurs présentent toute fois beaucoup de pertes optiques lors de l’injection de la lumière dans le guide optique. Pour s’affranchir de telles pertes, un dispositif Lab-on-Fiber est imaginé : une nanostructure photonique est placée en bout de fibre optique.Les propriétés du Niobate de Lithium (LiNbO3), associées aux structures d’un cristal photonique (PhC) permettent d’imaginer une partie active extrêmement sensible et ultra compact, placé à l’extrémité d’une fibre optique. Le dispositif final doit également présenter une large bande spectrale de fonctionnement et une très fine résolution spatiale.Nous nous intéressons à la simulation, à la fabrication et à la caractérisation de ce capteur de champ électrique fibré. De nombreuses simulations numériques nous ont permis d’optimiser le design de la nanostructure photonique. Nous nous sommes penchées sur un cristal photonique 2D, conduisant à l’excitation d’une résonance Fano, extrêmement sensible aux champs électriques. Ces simulations ont également permis d’étudier l’impact des inévitables défauts de fabrication. La fabrication est divisée en deux parties : (i) Fabrication des cristaux photoniques sur des couches minces de niobate de lithium (LN). Nous avons développé un protocole reproductible pour obtenir des couches minces de LN suspendues. Un faisceau d’ion focalisé vient ensuite graver localement le LN pour fabriquer un cristal photonique. Ces cristaux photoniques sont ensuite caractérisés optiquement avant la seconde étape de fabrication : (ii) l’assemblage de cette partie active du capteur à l’extrémité d’une fibre optique. Deux méthodes d’intégration ont été étudiées et conduisent à un capteur fibré ultra-compact. Une seconde caractérisation, électro-optique cette fois, permet de déterminer les caractéristiques principales du capteur : sensibilité, résolution spatiale, bande passante, linéarité. Le dispositif final est le premier capteur de champs électrique basé sur une résonance Fano, et montre la plus fine résolution spatiales jamais atteinte des capteurs électro-optiques
This thesis work focuses on the fabrication of non-perturbing E-field sensors based on the electro-optical effect. Lithium niobate (LiNbO3) combined with Photonic Crystals (PhC) can increase considerably the material sensitivity to electric fields leading to ultra-compact devices. The target structure must exhibit a high sensitivity, extended bandwidth, ultra-fine spatial resolution and the most important: the electric field should not perturb the electric field to be measured, which is ensured since the sensor is not based on metallic parts. Most of the E-field sensors based on ferroelectric materials are based on Mach-Zehnder (MZ) modulators or any other kind of waveguide-based topologies which presents high losses produced at the injection of the light within the tiny waveguides and can reach relatively low electric field sensitivities. These issues may not happen in fibered-based devices where the photonic structure can be located at the facet and a nano-structure may act as a sub-wavelength diffraction grating that couples the light into the PhC itself. By choosing the adequate geometrical parameters, very efficient out-of-plane to in-plane coupling can be performed.In this thesis we focus on the simulation, fabrication and characterization of the fiber-tip electric-field sensor. Here we perform numerical simulations in order to study the feasibility of the structure where the different fabrication errors are studied. The fabrication is divided in two parts: a first one where we overcome with the problem of micromachining photonic crystals within Thin Film Lithium Niobate (TFLN) and a second part, where the integration of the photonic device within the fiber facet is explained. Regarding the part concerning the PhC fabrication, we have developed a reproducible process to release the lithium niobate membrane where the PhC is made by Focused Ion Beam (FIB) techniques. The optical characterization of these structures, which receive the name of Photonic Crystal Slabs (PCS), shows excellent agreement with the theory never achieved before in this material. On the other side, different methods here shown for the integration onto fiber, leading to an ultra-compact and versatile sensor. After the assembly, the sensor is characterized verifying its different features such as spatial resolution, linearity, sensitivity and bandwidth. The resulting device results in the first Fano E-field sensor ever reported, but in addition it also presents the highest spatial sensitivity ever obtained in these kind of devices

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Adelin, Brice. "Diodes laser tout cristal photonique émettant à 2,3 µm sur substrat GaSb". Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30089/document.

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Abstract (sommario):

Les progrès récents des nanotechnologies permettent d'envisager de nouvelles générations de diodes laser. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'apport des cristaux photoniques bidimensionnels pour explorer la faisabilité d'un réseau monolithique de diodes laser tout cristal photonique émettant au voisinage de 2,3 µm en filière GaSb. Chaque laser doit répondre à un certain nombre de critères : une émission monomode à une longueur d'onde stable et précise, une émission fine spectralement avec une puissance de sortie élevée, une longueur d'onde accordable, présentant aucun saut de mode sur la gamme d'accordabilité, un fonctionnement à température ambiante, sous pompage électrique et en régime continu. Ces critères répondent au cahier des charges de la technique de spectroscopie d'absorption à diodes laser accordables multiplexées (MTDLAS : Multiplexed Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy). La technique de MTDLAS est ici mise en œuvre pour les applications de détection de gaz dans le moyen infra-rouge (MIR), soit la gamme de longueur d'onde allant de 2 à 5 µm. Cette gamme de longueur d'onde présente plusieurs fenêtres de transparence (autour de 2,3 µm et de 3,4 à 4 µm) où l'absorption par la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone est très faible. L'existence de ces fenêtres est mise à profit pour la détection de molécules gazeuses de l'atmosphère, telles que le monoxyde de carbone ou le méthane. Pour mes travaux de thèse, la longueur d'onde d'émission laser retenue est de 2,3 µm. Cette longueur d'onde correspond à la fenêtre de transparence pour la détection notamment du CH4, du CO et du HF. Ainsi, ce mémoire présente la conception de diodes laser tout cristal photonique, et le développement d'un procédé de fabrication de ces diodes lasers, qui a mené à la réalisation d'une série de composants. Nous montrons qu'une déformation de la maille photonique, associée à une optimisation de la largeur du guide, permet d'obtenir un fonctionnement monomode stable. Se basant sur ce principe, plusieurs géométries de mailles de cristaux photoniques ont été étudiées. Puis, nous nous attachons à lever le verrou technologique de la gravure profonde à fort rapport d'aspect dans les alliages AlGaAsSb. Pour cela, nous présentons des études paramétriques de gravure, conduisant à la mise au point d'un procédé optimisé de gravure profonde. Des profondeurs de gravure de 3,4 µm pour des trous de 370 nm de diamètre, soit un rapport d'aspect de plus de 9, ont ainsi pu être atteintes. Cette étape critique de gravure a été insérée dans un procédé technologique de fabrication de diodes laser tout cristal photonique, que nous avons mis au point. Cela a mené à la réalisation d'une série de composants
Recent advances in nanotechnology allow considering new generations of laser diodes. The purpose of this thesis is to study the contribution of two-dimensional photonic crystals to design and fabricate a monolithic array of laser diodes emitting near 2.3 µm in GaSb system. Each laser in the array has to respond to stringent criteria : a stable and precisely predefined single-mode emission wavelength, high output power, tunable wavelength with no mode hopping over the tunability range. Moreover, such device should operate at room temperature, under electrical pumping and continuous regime. These criteria respond to the specifications of the technique of Multiplexed Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (MTDLAS). The MTDLAS technique is here implemented for gas sensing applications in the Mid-wavelength infrared (MidIR), corresponding to the wavelength range from 2 to 5 microns. This wavelength range contains two transparency windows (around 2.3 µm and from 3.4 to 4 µm), where the absorption by water vapor and carbon dioxide is reduced. The existence of these windows is harnessed for the detection of gaseous molecules in the atmosphere, such as carbon monoxide or methane. For my thesis work, the chosen wavelength of laser emission is 2.3 µm. This wavelength corresponds to a transparency window allowing detection of CH4, CO and HF. This dissertation presents the design of all photonic crystal laser diode, and the development of a manufacturing process of such device, which led to the production of a set of components. We show that the engineering of the photonic lattice combined with an optimization of the width of the laser waveguide provide stable, single-mode emission operation. Based on this principle, several geometries for photonic crystal lattice were studied. Then we tackle the technological challenge of deep etching with high aspect ratio in AlGaAsSb alloys. For this, we present parametric studies of etching, leading to the development of an optimized process for deep etching. We succeed to etch holes of 370 nm diameter and 3.4 µm depths, corresponding at an aspect ratio in excess of 9. We have developed a technological manufacturing process of all photonic crystal laser diodes, where this critical etching step has been successful inserted. This led to the realization of a set of components

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Haret, Laurent-Daniel. "Détecteur en silicium sur cristal photonique par absorption non linéaire à deux photons". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00911884.

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Abstract (sommario):

L'optique non linéaire sur silicium a pris son essor en raison des nombreuses perspectives d'applications à l'optoélectronique en circuit intégré. Pour observer des effets non-linéaires sans travailler à des puissances trop élevées, il faut utiliser des résonateurs à très haut facteur de confinement optiques (Q/V). Les microcavités à cristal photonique bidimensionnel sont une technologie mature et planaire pour réaliser de tels résonateurs sur silicium. Au cours de cette thèse, nous avons travaillé sur une application des microcavités à cristal photonique à la détection télécom. Le silicium est en effet transparent dans cette plage de longueurs d'onde, sauf si on atteint des densités de puissance élevées, auquel cas l'absorption à deux photons intervient. Le principe du détecteur repose sur l'exaltation de absorption à deux photons grâce à la microcavité en cristal photonique. La collection des porteurs ainsi générés est assurée par une jonction latérale métal-semiconducteur-métal (MSM). Nous avons d'abord étudié numériquement la viabilité du concept du détecteur sous deux aspects : collection des porteurs libres à travers le cristal photonique et influence des métallisations sur le facteur de qualité. Les modèles standards pour le courant d'obscurité et le photocourant dans les photodétecteurs MSM ont été étendus pour tenir compte du cristal photonique. La fabrication d'une jonction MSM dans le cristal photonique a fait l'objet d'un travail approfondi en salle blanche de l'IEF. La mesure du courant circulant dans le dispositif a permis de mettre en évidence un photocourant résonnant. On retiendra que la réponse peut alors atteindre 90 mA/W et que la bande-passante est supérieure au GHz. Outre la démonstration du détecteur en elle-même, des résultats originaux ont été obtenus. Nous avons montré qu'il est possible de contrôler les densités de porteurs dans les microcavités à cristal photonique en jouant sur la polarisation externe. Enfin, le détecteur est un moyen de mesurer certaines grandeurs essentielles de la physique des microcavités sur silicium, comme l'absorption linéaire résiduelle ou la résistance thermique de la cavité.

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Astic, Magali. "Exaltation des Non Linéarités du Troisième Ordre dans les Structures à Cristal Photonique". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00579136.

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Abstract (sommario):

Grâce à leurs propriétés originales de propagation de la lumière, les structures à cristal photonique présentent d’excellents atouts pour la réalisation de dispositifs de faibles dimensions et d’excellente qualité en vue du traitement classique ou quantique du signal. L’objectif de ce travail est de montrer l’exaltation des non linéarités du troisième ordre dans les structures à cristal photonique et de favoriser, grâce à des calculs théoriques et aux expériences conduites, la compréhension de ce phénomène aux multiples facettes. Nous montrons que la clé réside en la formidable capacité des cristaux photoniques à localiser la lumière en bord de bande interdite. Ce phénomène, directement relié au ralentissement de l’onde lumineuse à l’intérieur de la structure, permet de favoriser largement les processus non linéaire d’ordre trois. Au plan théorique, nous avons étudié, grâce à un formalisme matriciel étendu au cas non linéaire du mélange à quatre ondes, différentes structures 1D. Nous avons montré la forte exaltation de la réflectivité conjuguée en bord de bande interdite, celle-ci étant directement reliée à la forte localisation de la lumière à cette longueur d’onde. Les paramètres structuraux favorisant cette localisation sont également mis en évidence. Nous avons d’autre part mené différentes études spectroscopiques et résolues en temps sur des structures 1D à faible (CP II-VI) ou fort contraste (CP III-V) d’indice. Ces études ont montré que de très forts changements d’indice de réfraction sont possibles. Nous montrons également que de fortes densités de porteurs libres photo-générés par absorption multi photonique sont extrêmement favorisées en bord de bande interdite. Nous avons en outre étudié les structures 2D grâce à une décomposition en série de Fourier du réseau 2D et nous comparons les performances du cristal photonique 1D incliné et du cristal photonique 2D.

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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.

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Abstract (sommario):

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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Wilhelm, Christophe. "Controle de l'émission de nanofils semiconducteurs par couplage à un cristal photonique : vers des nanolasers intégrables". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. http://www.theses.fr/2015EPXX0065.

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Amans, David. "Microsources photoniques à base de nanocristaux de silicium". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2002. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1891_damans.pdf.

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Abstract (sommario):

L'étude intitulée "microsources photoniques à base de nanocristaux de silicium" porte sur l'utilisation du silicium comme matériau actif dans une source de lumière. On cherche donc à déterminer si le silicium, omniprésent dans l'industrie de l'électronique, peut également être utilisé dans l'optoélectronique. Notre but est alors de réaliser une source utilisant comme matériau émetteur des nanocristaux de silicium. Ce sont des grains de silicium monocristallins, sphériques et d'un diamètre compris entre 3 nm et 7. 5 nm. Leur émission dans le visible est interprétée dans le cadre du confinement quantique. Les nanocristaux sont placés dans une cavité résonante formée par deux miroirs de Bragg. Les miroirs de Bragg sont composés de matériaux diélectriques: SiO2 et TiO2. La cavité plane ainsi constituée est le dispositif le plus couramment utilisé pour la réalisation de laser. Ce travail comporte quatre parties distinctes. La première partie concerne l'étude des propriétés intrinsèques des nanocristaux de silicium en couche mince: indices optiques et propriétés de photoluminescence. Dans une seconde partie, nous avons étudié les miroirs de Bragg et les cavités planes afin d'optimiser nos sources pour l'émission verticale. La troisième partie décrit la réalisation et la caractérisation en photoluminescence des sources. On a notamment observé la modification de l'émission spontanée induite par la cavité, à partir de mesures de temps de vie de photoluminescence. La réalisation et la caractérisation des cavités planes présentant une direction de confinement étant concluante, nous avons étudié les structures autorisants le confinement de la lumière selon 2 directions puis 3 directions. Dans la quatrième partie, nous exposons donc l'étude préliminaire traitant du confinement de la lumière au sein d'un dépôt de nanocristaux arrangé en cristal photonique 2D. Nous avons réalisé des dépôts structurés et nous avons calculé la structure de bande photonique correspondant à la morphologie idéal du cristal photonique 2D
The doctoral thesis entitled "silicon nanocrystals based photonic microsources" deals with the use of silicon as emitter material in light sources. We want to know if silicon, omnipresent in the electronic industry, may offer new oppor-tunity in the field of optoelectronic. The main aim consists in making silicon nanocrystals based cavities. The silicon monocrystalline grains, named sili-con nanocrystals, have spherical shapes with diameters between 3 nm and 7. 5 nm. The nanocrystals strong photoluminescence in the visible range is ascribed to the effect of quantum confinement. The active layer composed of silicon nanocrystals is placed in a Fabry-Pérrot resonator. It is a plane cavity surrounded by two dielectric mirrors composed of silicon oxide and titanium oxide. This device correspond to laser device. Our work can be di-vided into four part. The first part is dedicated to the silicon nanocrystals thin film properties : optical index and photoluminescence properties. The second part is dedicated to the cavities properties and to the Bragg mirrors properties. This theoretical part allows to improve sources properties by well fitting cavities design. In the third part, we describe the production and the photoluminescence characterisation of half cavities and full cavities. Espe¬cially, we have deduced from the life time measurements, the spontaneous emission rate evolution induced by the cavity. Since the production and the characterisation of plane cavities were successful, we investigated 2D and 3D light confinement devices. In the fourth part, we report the preliminary study about light confinement in silicon nanocrystals based 2D photonic crystals. We have produced nanostructured films composed of silicon nanocrystals. We have theoretically investigated the photonic band structure of 2D structured films

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Guenneau, Sébastien. "Homogénéisation des quasi-cristaux et analyse des modes dans des fibres optiques de type cristal photonique". Aix-Marseille 1, 2001. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01853818.

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Abstract (sommario):

L'objet de cette thèse est d'une part l'étude théorique et numérique de la diffraction des ondes électromagnétiques en régime harmonique par des structures finies constituées de matériaux hétérogènes périodiques ou quasi-périodiques, à la limite des grandes longueurs d'ondes, et d'autre part l'analyse des modes propagatifs dans des guides périodiques dans le domaine de résonance. Dans la première partie, nous cherchons à remplacer des structures ferro-magnétiques de type "cristal photonique" par un matériau effectif défini par des matrices de permittivité et de perméabilité anisotropes déduites de la résolution de problèmes annexes de type électrostatique sur un tore. Nous nous intéressons ensuite à l'homogénéisation des structures quasi-cristallines et introduisons pour cela une notion de convergence deux-échelles coupe-projection. Enfin, nous estimons le comportement asymptotique de l'erreur entre la solution homogénéisée et la solution quasi-périodique d'un problème d'électrostatique 1D. Dans la seconde partie, nous utilisons des méthodes numériques de type "éléments finis" pour l'analyse des modes dans des fibres optiques de type "cristal photonique", qui permettent de propager la lumière dans un défaut d'indice faible (par exemple, de l'air) grâce à l'existence de bandes interdites. On s'intéresse aussi à la propagation des ondes centimétriques dans des structures constituées de matériaux diélectriques et métalliques. Dans la troisième partie, nous appliquons des méthodes asymptotiques à l'analyse spectrale des guides de type "cristal photonique" pour les basses fréquences (homogénéisation) et pour les hautes fréquences (domaine de résonance). Nous donnons des résultats numériques pour les modes de tels guides aux basses fréquences (méthodes des éléments finis) et pour des modes hautes fréquences dans des cavités multicouches 1D (matrices de transfert).

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Hostein, Richard. "Etudes des propriétés optiques et dynamiques des boîtes quantiques InAsP/InP [001] : application à la réalisation de sources de photons uniques et lasers à cristaux photoniques émettant à 1.5 μm". Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00439577v2.

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Abstract (sommario):

Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantique, du traitement de l'information et de l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner naissance à l'optique intégrée pour les communications quantiques. Un des enjeux aujourd'hui dans ce domaine est le développement de sources de photons uniques et de lasers compacts aux longueurs d'onde des télécommunications. Les émetteurs étudiés dans ce travail de thèse sont des boîtes quantiques InAsP/InP [001] obtenues par Epitaxie en Phase Vapeur aux OrganoMétalliques (EPVOM). Il a été démontré, par l’intermédiaire de mesures spectrales et des mesures de durée de vie, que ces émetteurs présentent les caractéristiques nécessaires en vue des applications visées. Plus particulièrement, la mise en évidence expérimentale d’un dégroupement de photons, à partir d’une boîte unique, valide la possibilité de réaliser une source de photons uniques. En parallèle, des études sur les lasers à cristaux photoniques de faible volume modal et fort facteur de qualité, utilisant les mêmes boîtes quantiques à température ambiante, ont montré des propriétés originales, particulièrement sur la physique au niveau du seuil laser. La différence de comportement au niveau du seuil, par rapport aux lasers conventionnels, s’explique dans nos structures par le fort taux de couplage de l’émission spontanée dans le mode laser

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Vynck, Kevin. "Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés : des cristaux photoniques aux métamatériaux". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00344208.

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Abstract (sommario):

L'étude des propriétés optiques des matériaux nanostructurés a récemment connu un engouement croissant dû à leur capacité à manipuler la lumière. Les cristaux photoniques sont des matériaux dont l'indice de réfraction est modulé périodiquement à l'échelle de la longueur d'onde. Ils peuvent interdire la propagation de la lumière dans certaines gammes de fréquences et présenter de fortes dispersions spatiales qui conduisent à des phénomènes de réfraction anormaux. Les métamatériaux quant à eux sont des assemblages d'éléments microscopiques, métalliques ou diélectriques, qui se comportent à l'échelle macroscopique tels des milieux homogènes aux propriétés optiques hors du commun.

Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et numérique de ces structures, avec pour objectif d'apporter de nouvelles solutions pour un contrôle accru de la lumière. Nous commençons par étudier le confinement de la lumière par des défauts structurels dans des cristaux photoniques à base d'opales, qui sont des empilements de sphères diélectriques, et proposons divers motifs de cavités résonantes et de guides d'ondes monomodes. Dans un second temps, nous considérons la propagation de faisceaux dans des cristaux photoniques planaires sans défaut. Nous démontrons la grande flexibilité offerte par les cristaux photoniques à gradient pour courber la trajectoire de la lumière et proposons une approche pratique pour la coupler efficacement à des guides d'ondes externes. Finalement, nous étudions les propriétés optiques des métamatériaux à base de tiges diélectriques et montrons rigoureusement que leurs résonances microscopiques induisent une permittivité et perméabilité toutes deux dispersives en fréquence qui peuvent être placées dans le domaine optique. Ces travaux ouvrent de nombreuses opportunités pour le contrôle de l'émission et de la propagation de la lumière et peuvent être exploités dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, les Sciences de la Vie et l'énergie solaire.

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Bouchard, Olivier. "Etude de diodes lasers à cavité planaire entièrement définie par cristal photonique: nouvelle approche pour le contrôle spectral". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00339329.

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Abstract (sommario):

Par une structuration périodique de l'espace à l'échelle de la longueur d'onde, les cristaux photoniques permettent un contrôle efficace de la lumière. Nos travaux concernent l'exploitation des propriétés de ces cristaux pour définir une cavité planaire de diode laser et pour en proposer un contrôle de l'émission. Une première partie présente l'étude de guides définis par des cristaux photoniques bidimensionnels obtenus dans une hétérostructure semi-conductrice par la réalisation de trous. Différents comportements modaux sont analysés selon le point de fonctionnement choisi. Nous montrons qu'une émission monomode de type DFB (Distributed Feedback) peut être obtenue. La deuxième partie concerne la démonstration expérimentale de diodes laser à cristaux photoniques bidimensionnels fonctionnant sous pompage électrique. Les caractéristiques spectrales et modales sont analysées et elles permettent de valider l'étude théorique. Une émission monomode avec un taux de réjection des modes secondaires supérieur à 35 dB a été obtenue. Dans la dernière partie, nous proposons une approche originale du contrôle spectral basée sur une déformation de la maille du cristal photonique selon l'axe latéral de la cavité laser. Il est alors montré qu'une telle déformation permet d'accéder à un contrôle de la longueur d'onde d'émission à 0,4 nm près, tout en restant compatible avec les contraintes technologiques liées à la réalisation d'un cristal photonique. D'autre part, nous démontrons expérimentalement que ce type de déformations peut être mis à profit pour améliorer les caractéristiques d'émission laser des dispositifs étudiés grâce à une ingénierie de la bande interdite photonique.

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Bonnet, Emmanuel. "Réflexion résonnante d'un faisceau confiné par une membrane cristal photonique une dimension : démonstration dans le domaine des térahertz". Saint-Etienne, 2004. http://www.theses.fr/2004STET4016.

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Abstract (sommario):

Que ce soit à travers la miniaturisation croissante des microsystèmes en général ou pour des domaines émergeants comme l'utilisation des ondes terahertz, il ressort un besoin de concevoir et de réaliser des structures capables de manipuler les interférences optiques de faisceaux de faible diamètre devant la longueur d'onde (quelques dizaines de longueurs d'onde seulement). Grâce à une analyse phénoménologique issue de la combinaison des concepts de l'optique diffractante, de l'optique intégrée et des cristaux photoniques, ce travail présente tout d'abord les différents phénomènes mis en jeu lors de l'interaction entre un faisceau confiné et des structures périodiques à une dimension de fort contraste d'indice et de grand rapport d'aspect (typiquement des cristaux photoniques 1D). Il en découle une série de règles simples permettant d'effectuer efficacement le design des dites structures pour des dispositifs de type réflecteur bande étroite de faisceau confiné. Une réalisation d'un démonstrateur est présentée dans le domaine des terahertz
The increasing miniaturization of Microsystems in general or the emerging field of terahertz waves bring out the need of conceiving and realizing structures able to manipulate interference of beams of small diameter compared to the wavelength (a few tens of wavelengths only). Thanks to a phenomenological analysis resulting from the combination of diffractive optics, integrated optics and photonic crystal concepts, this work presents the different phenomena that are involved during the interaction between a confined beam and a 1D high index contrast, high aspect ratio periodical structures (1D photonic crystals typically). It results from this a set of simple scaling rules, which permit to achieve the structure design of devices like a focused beam narrow band reflector. The realization of a demonstrator in the terahertz range is presented

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Bétourné, Aurélie. "Conception et caractérisation de nouvelles fibres optiques à cristal photonique dites hybrides et applications à l'optique non linéaire". Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10170/document.

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Abstract (sommario):

Les fibres à cristaux photoniques sont constituées d’un réseau périodique transverse de diélectriques. En introduisant un défaut dans ce réseau, il est possible de guider la lumière par un effet de bandes interdites photoniques, dont les propriétés diffèrent fondamentalement du guidage par réflexion totale interne qui a lieu dans les fibres conventionnelles. Nous étudions en particulier les fibres à bandes interdites photoniques solides, comportant des inclusions dont l’indice de réfraction est supérieur à celui de la matrice. En insérant des trous d’air dans cette structure solide, on observe une forte diminution des pertes par confinement et par courbure. De plus, la présence de trous d’air entre les inclusions de haut indice rend possible l’accord de phase entre deux modes fondamentaux, pour la génération du 2nd ou 3ème harmonique. Il est également possible dans ces fibres de générer efficacement un supercontinuum et d’en contrôler l’étendue spectrale grâce aux propriétés de dispersion particulières
This thesis focuses both on theoretical and experimental studies of a recent class of Photonic Crystal Fibers (PCF): the solid-core PCF which guide light thanks to a Photonic BandGap (PBG) effect. The main goal of this work is then to better understand their propagation mechanisms (in order to improve their transmission properties) as well as to explore their potentials for non linear purposes. The study of these fibers (dispersion diagrams interpretation, emphasis of a scaling law and also of a light level of bend losses restrictive for their practical uses) leads us to develop a new kind of PCF for which wave guidance is a combination of PBG effect and more common Total Internal Reflexion (TIR). These fibers, called hybrid PCF, are made here by adding air holes in the all-solid structures previously studied. Particularly, two hybrid structures are proposed and fabricated, exhibiting a huge reduction of confinement and bend losses. Finally, we show that their unique disoersive properties enable to obtain a phase index matching between two fundamental modes (one is guided by PBG and the other by TIR) for second or third harmonic generation, and to effectively generate a supercontinuum for which the spectral broadening can be controlled by the opto-geometrical properties of the structure

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He, Qiong. "Diffraction de Bragg dans des réseaux minces à deux dimensions". Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112137.

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Abstract (sommario):

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’information
Optical 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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Bouchard, Olivier. "Etude de diodes laser à cavité planaire entièrement définie par cristal photonique : nouvelle approche pour le contrôle de l'émission". Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/327/.

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Abstract (sommario):

Par une structuration périodique de l'espace à l'échelle de la longueur d'onde, les cristaux photoniques permettent un contrôle efficace de la lumière. Nos travaux concernent l'exploitation des propriétés de ces cristaux pour définir une cavité planaire de diode laser et pour en proposer un contrôle de l'émission. Une première partie présente l'étude de guides définis par des cristaux photoniques bidimensionnels obtenus dans une hétérostructure semi-conductrice par la réalisation de trous. Différents comportements modaux sont analysés selon le point de fonctionnement choisi. Nous montrons qu'une émission monomode de type DFB (Distributed Feedback) peut être obtenue. La deuxième partie concerne la démonstration expérimentale de diodes laser à cristaux photoniques bidimensionnels fonctionnant sous pompage électrique. Les caractéristiques spectrales et modales sont analysées et elles permettent de valider l'étude théorique. Une émission monomode avec un taux de réjection des modes secondaires supérieur à 35 dB a été obtenue. Dans la dernière partie, nous proposons une approche originale du contrôle spectral basée sur une déformation de la maille du cristal photonique selon l'axe latéral de la cavité laser. .
By a space periodic space structuring at wavelength scale, photonic crystals allow for efficient light control. Our work is on the exploitation of these crystals' properties in order to define a planar cavity for a laser diode, with controlled emission properties. The first part presents the study of the waveguide, which is defined by bi-dimensionnal photonic crystals in a semi-conductor heterostructure, obtained by hole etching. The modal characteristics are analyzed for chosen operating points. We show that a DFB (Distributed Feedback)-like single-mode emission can be obtained. The second part consists in the experimental demonstration of a working, electrically pumped photonic crystal laser diode. Its spectral and modal characteristics are analyzed, validating the theoretical study. A single-mode emission with a secondary mode suppression ratio higher than 35dB has been obtained. In the last part, we propose a novel approach for spectral control by deformation of the photonic crystal lattice, along the lateral axis of the laser cavity. It is shown that by means of this deformation, the emission wavelength can be accurately controlled with a precision close to 0. 4nm, while remaining compatible with the technological constraints involved in photonic crystal fabrication. Furthermore, we demonstrate experimentally that this kind of deformations may be used to improve the emission characteristics of the studied devices by photonic band-gap engineering

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Milord, Laurent. "Dispositifs photoniques innovants pour le piégeage optique : Cavité étendue à double période et structure hybride cristal photonique-nano antenne". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI026/document.

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Abstract (sommario):

Depuis les premiers travaux d’Ashkin sur les pinces optiques classiques, beaucoup d’efforts ont été fait pour piéger des nano particules. Néanmoins, elles peuvent difficilement piéger des particules inférieures à 200 nm à cause des limites imposées par la diffraction. Cette limite peut être dépassée grâce aux forces optiques de gradient provenant du champ évanescent généré et amplifié par des nano cavités photoniques. Cependant, cette approche est confrontée à deux verrous importants pour les applications : La surface de piégeage est très faible ce qui rend peu probable la capture d’une nanoparticule animée d’un mouvement brownien et pour les pinces « ultimes » de type nanoantenne où le mode est confiné dans des régions nanométriques, leur excitation en espace libre n’est pas très efficace. L’objectif de ce travail vise à lever ces deux verrous. Pour augmenter la surface de piégeage, nous présenterons d’abord une approche utilisant le mode de Bloch d’une cavité étendue à double période dans un cristal photonique fabriqué sur SOI. Nous montrerons que cette approche permet le piégeage de particules de 200, 100 et 75 nm sur une surface étendue de 5x5 µm² en utilisant un faisceau laser d’excitation en espace libre. Dans un deuxième temps, nous nous intéresserons à l’excitation optique en espace libre de structures nanométriques. Nous présenterons une structure hybride nano antenne – cristal photonique, où le cristal photonique joue le rôle de réservoir à photons pour la nano antenne. Cela permet ainsi un effet « entonnoir à photon» où la lumière issu d’un faisceau large (5µm) est concentrée dans la nanoantenne. Nous démontrerons la pertinence de cette approche par le piégeage particules de 100 nm
Since the first work on optical tweezers by Ashkin, a lot of efforts have been made to trap nanoparticles. However, optical tweezers are diffraction limited and can hardly trap particles below 200 nm. This limit can be overstepped using the optical gradient forces of an evanescent field generated and amplified by a photonic nano cavity. Nonetheless, this approach faces two major issues for applications: the trapping section is very small, making the capture of a Brownian motion animated particle very unlikely, and for the “ultimate” nano antennas with nanometric optical modes, their excitation from free space is not effective. The goal of this work is to overcome these two difficulties. To increase the trapping surface, we will first present a device using slow Bloch modes within a double period extended cavity designed in a photonic crystal made out of SOI. We will show that this approach allow for the trapping of 200, 100 and 75 nm particles on an extended surface of 5x5 µm² using a free space laser beam excitation. Secondly, we will investigate the free space excitation of nanometric structures. A photonic crystal – nano antenna mixed structure will be presented, where the photonic crystal is used as a photon pool for the nano antenna. This lead to a funnel effect where the light coming from a large free space laser beam (5µm wide) is focused into the nano antenna. The trapping of 100 nm particles will demonstrate the relevance of this approach

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Arlotti, Clément. "Conception et analyse de micro-résonateurs optiques pour la génération de peignes de fréquences". Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30248/document.

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Abstract (sommario):

Les micro-résonateurs à modes de galerie, qu'ils soient déclinés sous forme de disques, anneaux ou hippodromes, sont devenus les éléments constitutifs clés de nombreux composants photoniques de haute performance. Les réalisations exploitant les semiconducteurs III-V sont particulièrement attrayantes car elles ouvrent la possibilité d'intégrer conjointement des sections actives et passives et donc de diversifier les fonctionnalités sur une même puce photonique. Au niveau technologique, l'intégration verticale du résonateur au-dessus de ses guides d'accès permet de distribuer les fonctions actives et passives sur des plans distincts et de faciliter la réalisation des composants grâce à des procédés mieux maitrisés. Une technique de fabrication récemment introduite dans l'équipe et basée sur la filière AlGaAs/AlOx a ainsi permis de réaliser, à l'aide d'étapes simples, des micro-disques couplés verticalement à leur guide d'accès. Les performances de ces composants restent toutefois limitées en raison de leur architecture, complexifiée par les empilements multicouches qui les constituent.Les travaux de recherche menés au cours de cette thèse ont porté sur la faisabilité d'émettre un peigne de fréquences optiques à partir de ces résonateurs. Pour cela, les composants doivent être conçus de manière à présenter un facteur de qualité suffisamment élevé tout en maximisant la puissance circulant dans la cavité, afin de pouvoir déclencher les processus non-linéaires à la base de la génération du peigne. Pour un composant monomode transverse, la puissance intracavité est maximale lorsque le système opère en régime de couplage critique, c'est-à-dire lorsque les pertes internes à la cavité sont égales aux pertes externes (ou pertes par couplage). Nous avons donc développé un outil semi-analytique basé sur une expansion modale afin de réaliser une modélisation paramétrique large bande des performances des systèmes couplés verticalement, encore peu étudiés, tant au plan théorique que pratique. Notre modèle générique exploite la théorie des modes couplés (CMT) et les relations universelles régissant les propriétés spectrales des micro-résonateurs couplés. Nous l'avons étendu en étudiant l'influence spectrale de différents paramètres opto-géométriques sur la fonction de transfert de la cavité couplée et avons, en particulier, mis en évidence par une approche variationnelle, deux conditions théoriques permettant d'obtenir un régime critique achromatique lorsque la cavité et son guide d'accès sont désaccordés en phase. Ce modèle à d'abord été appliqué à la simulation de résonateurs en hippodromes exploitant la filière Si3N4/SiO2 car plusieurs études ont déjà démontré la génération de peignes avec cette plateforme technologique. Ces travaux ont abouti au dessin de structures désaccordées en phase et technologiquement réalisables dont la bande passante critique est augmentée d'un ordre de grandeur par rapport au cas plus répandu de guides accordés en phase. Nous avons ensuite initié une évaluation numérique de la génération de peignes de fréquences, basée sur la résolution itérative de l'équation de Schrödinger non-linéaire prenant en compte les variations des propriétés spectrales et dispersives de ces hippodromes. Le modèle générique a enfin été appliqué aux micro-disques AlGaAs/AlOx. Pour cela, nous avons introduit un critère permettant d'utiliser la CMT dans le cas de coupleurs asymétriques présentant une zone de séparation multicouche. Les résultats, en bon accord avec l'expérience, nous ont permis de mieux appréhender les limitations des dispositifs réalisés et de proposer de nouvelles structures pour en améliorer les performances. Le dessin d'une nouvelle structure AlGaAs/AlOx multicouche permettant d'améliorer les facteurs de qualité des résonateurs jusqu'à deux ordres de grandeurs a ainsi été proposé. La validation expérimentale des dessins proposés tant pour la filière Si3N4/SiO2 que AlGaAs/AlOx est en cours
Whispering-gallery -mode micro-resonators, whether in the form of disks, rings or racetracks, have become the key building blocks of many high-performance photonic components. The embodiments exploiting the III-V semiconductors are particularly attractive for they open the possibility of integrating active and passive sections together and therefore diversify the functionalities on the same photonic chip. Furthermore, the vertical integration of the resonator above its access waveguide(s) makes it possible to distribute the active and passive functions on distinct planes and makes the realization of the components easier by using better-controlled methods. A fabrication technique recently introduced in the team and based on the AlGaAs / AlOx technological platform, allowed us to realize, by means of simple steps, vertically-coupled microdisks. The performance of these components, however, is limited due to their architecture, complicated by their constitutive multilayer stack. The research carried out during this PhD thesis focused on the feasibility of emitting an optical frequency comb from these resonators. For this purpose, the components must be designed so as to present a sufficiently high quality factor while maximizing the power circulating in the cavity in order to be able to trigger the non-linear processes required for the comb generation. For a transverse single-mode component, the intracavity power is maximal when the system operates in critical coupling regime, i.e .when the losses inside the cavity are equal to external losses (or coupling losses). As a first step, we have developed a semi-analytical tool based on a modal expansion in order to carry out a broadband parametric study of the performances of vertically coupled systems. Up to now, this coupling layout has indeed been little studied, both theoretically and practically. Our generic model, based on the coupled mode theory (CMT) and the universal relations governing the spectral properties of coupled micro-resonators, reveals two theoretical conditions for obtaining an achromatic critical-coupling regime when the cavity and its access waveguide are phase-mismatched. We first applied it to the simulation of single- mode racetrack resonators made of Si3N4 / SiO2 since several studies have already demonstrated comb generation using this technological platform. Our work resulted in the design of phase-mismatched and technologically feasible structures with critical-copuling bandwidths being increased by one order of magnitude compared to the reference case of phase- matched waveguides. We subsequently initiated a numerical evaluation of frequency comb generation, based on the iterative resolution of the non-linear Schrödinger equation taking into account the variations of the spectral and dispersive properties of these racetracks. The generic model has finally been applied to AlGaAs / AlOx microdisks. For this purpose, we have introduced a criterion allowing an unambiguous implementation of CMT in the case of asymmetric couplers having a multi-layer separation zone. The results, in good agreement with experimental data, allowed us to better understand the limitations of the fabricated devices and to propose new structures AlGaAs / AlOx with improved performances. The experimental validation of the proposed designs for both the Si3N4 / SiO2 and AlGaAs / AlOx components is currently in progress

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Revaux, Amélie. "Gestion de la lumière dans des couches luminescentes nanostructurées : application aux diodes blanches". Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/63/56/03/PDF/theseREVAUXfinal.pdf.

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Abstract (sommario):

Dans le but de générer de la lumière blanche, une diode bleue peut être associée à des luminophores qui convertissent une partie de la lumière bleue de la diode en une lumière visible de plus basse énergie. Classiquement, cette conversion de lumière est assurée par des luminophores de taille micronique, du YAG:Ce le plus souvent. Compte tenu de la taille des luminophores, ces couches sont diffusantes, ce qui favorise l'extraction hors de la couche haut-indice de la lumière émise. Mais cette extraction n'est pas contrôlée et entraîne des pertes d'énergie. Afin de diminuer ces pertes dues à la diffusion, notre stratégie consiste à réaliser des couches de conversion de lumière à base de nanoparticules au lieu des luminophores microniques classiquement utilisés. Pour pouvoir prévoir et contrôler complètement l'extraction de la lumière alors guidée dans la couche de conversion transparente, la microstructure diélectrique de la matrice contenant les nanoparticules doit être optimisée. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur des couches modèles composées d'une matrice sol-gel contenant des luminophores moléculaires, la possibilité d'extraire la lumière piégée dans une couche luminescente par une structuration périodique adéquate de sa surface. Un facteur 10 d'extraction a notamment été obtenu aux petits angles, correspondant à un facteur 5 en intégrant sur tous les angles. Nous avons ensuite développé des nanoparticules de YAG:Ce dont les propriétés optiques ont été optimisées pour se rapprocher de celles du matériau massif. Une procédure de recuit protégé a notamment été développée, permettant d'améliorer considérablement la photostabilité et le rendement interne des nanoparticules tout en conservant leur petite taille et leur bon état de dispersion. Enfin les particules ont été incorporées dans des couches transparentes afin de réaliser des couches de conversion de lumière, qui ont ensuite été déposées sur des diodes bleues
In order to create white light, a blue diode can be associated with phosphors, which convert a part of the blue light to a visible light presenting a lower energy. Usually, micron size phosphors are used as down-converter: the reference phosphor for this application is the doped oxide YAG:Ce. The phosphor size is larger than the wavelength, making the converter layer scatter, which helps to extract the emitted light outside of the high refractive index layer. Nevertheless, this extraction is not well controlled and leads to energy losses. We aim at diminishing these losses associated with scattering by using converter layers based on nanoparticles instead of micron size phosphors. In order to control the extraction of the light that is guided in the non diffusive converter layer, the dielectric microstructure of the matrix which contains the phosphors nanoparticles must be optimized. First, we demonstrate on model layers, consisting in a sol-gel matrix doped with molecular emitters, the ability to extract the light guided in a luminescent layer with an appropriated periodic patterning of its surface. A 10 factor has been obtained at small angles, which corresponds to a 5 factor when integrating over all angles. Then, we develop YAG:Ce nanoparticles with optimized optical properties. A protected annealing process is employed, which allows improving the photostability and the quantum yield of the nanoparticles, while still preserving their small size and their good dispersion state. Finally, particles are incorporated in transparent layers in order to create converter layers, which then have been deposited on white LEDs

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Revaux, Amélie. "Gestion de la lumière dans des couches luminescentes nanostructurées : application aux diodes blanches". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00635603.

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Abstract (sommario):

Dans le but de générer de la lumière blanche, une diode bleue peut être associée à des luminophores qui convertissent une partie de la lumière bleue de la diode en une lumière visible de plus basse énergie. Classiquement, cette conversion de lumière est assurée par des luminophores de taille micronique, du YAG:Ce le plus souvent. Compte tenu de la taille des luminophores, ces couches sont diffusantes, ce qui favorise l'extraction hors de la couche haut-indice de la lumière émise. Mais cette extraction n'est pas contrôlée et entraîne des pertes d'énergie. Afin de diminuer ces pertes dues à la diffusion, notre stratégie consiste à réaliser des couches de conversion de lumière à base de nanoparticules au lieu des luminophores microniques classiquement utilisés. Pour pouvoir prévoir et contrôler complètement l'extraction de la lumière alors guidée dans la couche de conversion transparente, la microstructure diélectrique de la matrice contenant les nanoparticules doit être optimisée. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur des couches modèles composées d'une matrice sol-gel contenant des luminophores moléculaires, la possibilité d'extraire la lumière piégée dans une couche luminescente par une structuration périodique adéquate de sa surface. Un facteur 10 d'extraction a notamment été obtenu aux petits angles, correspondant à un facteur 5 en intégrant sur tous les angles. Nous avons ensuite développé des nanoparticules de YAG:Ce dont les propriétés optiques ont été optimisées pour se rapprocher de celles du matériau massif. Une procédure de recuit protégé a notamment été développée, permettant d'améliorer considérablement la photostabilité et le rendement interne des nanoparticules tout en conservant leur petite taille et leur bon état de dispersion. Enfin les particules ont été incorporées dans des couches transparentes afin de réaliser des couches de conversion de lumière, qui ont ensuite été déposées sur des diodes bleues.

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Li, Xiang. "Composants à cristal photonique 2D et 2. 5D contenant des boîtes quantiques GeSi sur silicium pour la nanophotonique proche infrarouge". Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112041.

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Abstract (sommario):

Le travail de cette thèse a été essentiellement consacré à une étude théorique et expérimentale dans le proche infrarouge de nanostructures à cristal photonique constituées par un réseau périodique bidimensionnel de trous d’air dans laquelle est intégrée une source interne réalisée dans la filière silicium. Nous avons pu montrer expérimentalement qu’il était possible de sonder à température ambiante la position spectrale et le profil d’émission des modes de cavité dans la gamme proche infrarouge grâce à la luminescence interne des îlots auto-assemblés Ge/Si. Les analyses effectuées sur les différents mécanismes de pertes ont permis d’identifier la ou les sources de perte dominantes existant dans les cavités à cristal photonique 2D sur silicium et ainsi d’effectuer une ingénierie modale pour obtenir un meilleur confinement optique. En particulier, nous avons montré par micro-photoluminescence qu’il était possible de réaliser des modes de défaut avec un facteur de qualité élevé dans des cavités 2D à cristaux photoniques avec boîtes quantiques GeSi/Si intégrées sur silicium. Parallèlement, nous avons pu mettre en évidence une autre possibilité de contrôler le facteur de qualité pour des modes optiques se situant au centre de la zone de Brillouin par une approche combinant cristal photonique 2D et miroir de Bragg 1D toujours dans la filière silicium. Outre les résultats obtenus sur des mailles carrées, plusieurs voies d’optimisation ont été proposées. L’ensemble des résultats expérimentaux a pu être quantitativement interprété grâce à des simulations numériques de différents types dont principalement la méthode FDTD et la méthode des ondes planes
The work of this thesis was primarily devoted to theoretical and experimental studies in the near infrared of photonic crystal nanostructures. These nanostructures are constituted by a two-dimensional periodic lattice of air holes in a silicon matrix in which an internal source is integrated. We have shown experimentally that it was possible to probe at room temperature the spectral position and the profile of emission of the defect modes of cavity in the near infrared range thanks to the internal luminescence of GeSi/Si self-assembled quantum dots. The analysis of the various loss mechanisms is used to identify the dominant sources of loss existing in the cavities with 2D photonic crystal on silicon and thus to allow carrying out a modal engineering for a better optical confinement. In particular, we have shown by micro-photoluminescence that it was possible to obtain some defect modes with a high quality factor in 2D photonic crystal cavities with embedded GeSi/Si quantum dots on silicon. In parallel, we have demonstrated another possibility of controlling the quality factor for optical modes, which are located at the center of the Brillouin zone, by an approach combining 2D photonic crystal and 1D Bragg mirror. The control of the photon life time is obtained by the adjustment of thicknesses of the superior layers and the choice of the elementary lattice of the 2D photonic crystal. In addition to the results obtained on a square lattice, several ways of optimization were proposed. The experimental results have been quantitatively interpreted thanks to numeric simulations of different types, principally the FDTD method and the plane waves method

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Henneghien, Anne-Line. "Étude et optimisation de l’émission et de l’extraction de lumière des nanofils semiconducteurs grand gap : application à des dispositifs électroluminescents". Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENY072.

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Abstract (sommario):

Les diodes électroluminescentes (LEDs) bleues ou blanches actuelles sont constituées de couches épitaxiales planaires, essentiellement à base de GaN. Sans autres opérations technologiques, la réflexion totale interne aux interfaces réduit le nombre de photons extraits à quelques pourcents du nombre de photons émis. Cette thèse s'intéresse à un concept en rupture : les LEDs à nanofils GaN ou ZnO. Plus précisément elle vise à préciser l'intérêt de ces couches pour l'augmentation du rendement d'extraction. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à trois types de couches (taille des fils, arrangement), chacune mettant en jeu un processus d'extraction différent. La première géométrie, basée sur des fils relativement gros (rayons 50-lOOnm minimum) et distants vise à profiter des résonances ou du guidage optique pouvant exister au sein de chaque fil pour canaliser l'émission spontanée. Les coefficients de couplage de la couche active sur ces modes ainsi que la réflectivité des modes guidés en bout de fils ont notamment été évalué numériquement en fonction de la taille des fils. La seconde approche, issue de l'étude goniométrique de couches de fils MBE sur substrat Silicium, vise à profiter des propriétés d'indice effectif des couches de fils sublongueurs d'onde pour éviter le phénomène de réflexion totale à l'origine des faibles rendements d'extraction des couches planaires. Le modèle anisotrope numérique développé montre qu'un rendement d'extraction proche de 70% est envisageable sur ce type de couche épitaxiée sur Silicium. Enfin la troisième approche, plus prospective, vise à initier une étude sur l'émission dans des réseaux de fils agencés périodiquement
The current blue or white light-emitting diodes (LEDs) are constituted by planar layers of GaN. The use of the nanowires as active layer is a hard and new concept which brings numerous potential advantages and revolutionizes the rules of LED design. This thesis deals with the light emission and extraction of nanowire structures made of wide band gap semi-conductors such as GaN or ZnO. The issue is to understand and to optimize the processes of extraction with the aim of a LED use. We were more particularly interested in three nanowire organizations attractive for the extraction. The first concept concerns nanowires which are enough separated to be considered as isolated. The emission properties of these structures are mainly controlled by the competition between localized resonance (whispering gallery modes) and guided modes which channel and propagate the spontaneous emission towards the nanowires ends. Our second contribution concerns the study of ensembles of small dense nanowires. Goniometry experiments on GaN nanowires made by MBE put in evidence the interest of a nanowires modelling by an effective anisotropic medium. The simulations of the extraction of these devices on silicon substrate are very promising for the creation of efficient and low cost LEDs. Perspectives on nanowires use in periodic organized array so as to realize a photonic crystal are the third part of the thesis. A numerical model allowed suggesting rules of arrays design

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Dahdah, Jean. "Etude théorique et expérimentale de cavités photoniques en niobate de lithium - Application à la détection de gaz". Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00665911.

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Abstract (sommario):

Les travaux de thèse reposent sur l'étude et le développement des structures 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 au laboratoire d'optique (FDTD, PWE), était nécessaire 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 23 % est obtenue lorsque le système est exposé à 50 ppm de benzène. La sensibilité de la structure au benzène est estimée à 2.3 ppm. 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 Photline Technologies. Un banc de caractérisation automatisé (interface GPIB) en réflexion et en transmission est monté pour vérifier les prédictions théoriques. En plus, des 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 matériau.

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Larqué, Matthieu. "Vers la génération de sources de paires de photons intriquées à partir de boites quantiques en cavité à cristal photonique". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00431849.

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Abstract (sommario):

Cette thèse étudie l'ingénierie, à partir de boites quantiques uniques (BQ), de sources déterministes de paires de photons intriqués selon deux procédés: l'intrication en polarisation lors de la cascade radiative du bi-exciton, et l'intrication temporelle de deux photons indiscernables. Le degré d'intrication est calculé afin d'évaluer quantitativement l'impact de: la levée de dégénérescence de l'exciton (splitting), le renversement de spin, l'interaction de l'exciton avec son environnement. Dans les deux cas l'intrication peut être restaurée en accélérant la durée de vie radiative de l'exciton par effet Purcell. Pour cela, un moyen approprié est une cavité à cristal photonique gravée dans une membrane suspendue (CP2D) contenant la BQ, qui permet aussi une augmentation de l'efficacité de collection. Les requis technologiques d'alignement de la BQ avec la cavité sont aussi étudiés. Cependant les effets de cavité sont insuffisants pour corriger le splitting, qui peut être réduit avec un champ électrique variable vertical. Ceci a été vérifié expérimentalement en développant une technologie pour produire des diodes PIN compatibles avec les CP2D.

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Delhote, Nicolas. "Composants céramiques 3D par procédé de stéréolithographie : solutions de filtrage hyperfréquence innovantes". Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/3703d4dd-1832-49a6-85c5-2a916d7271f2/blobholder:0/2007LIMO4028.pdf.

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Abstract (sommario):

Ces travaux de thèse ont porté sur la conception et la réalisation de composants céramiques 3D par procédé de stéréolithographie. Ce procédé permet notamment la fabrication de formes complexes tridimensionnelles à base de matériaux céramiques variés. Ces différents composants apportent des solutions de filtrage innovantes aux solutions actuelles. La première partie de ce manuscrit présente les propriétés des cristaux à bande interdite électromagnétique et différentes structures 1D, 2D et 3D existantes. Différentes méthodes de fabrication de ces structures sont de mêmes étudiées. La seconde partie est dédiée à la conception et à la réalisation de résonateurs diélectriques originaux à base d’Alumine fonctionnant dans la bande de fréquence Ku. Le procédé de fabrication choisi pour leur réalisation y est tout particulièrement présenté. La troisième partie est dédiée à la conception et la réalisation de filtres à bande interdite électromagnétique innovants fonctionnant dans la bande Ka. L’utilisation de céramiques telles que la Zircone et le BZT est aussi étudiée. La dernière partie de ce mémoire se concentre sur l’étude de structures 3D à bande interdite électromagnétique de type « tas de bois ». Ces cristaux particuliers sont étudiés afin de proposer des solutions de guidage et de filtrage innovants tout en utilisant différentes céramiques pour leur fabrication
This work is about the design and manufacturing of 3D components made out of ceramic material by stereolithography. This process is able to manufacture complex 3D shapes out of several ceramic materials. These components bring new and innovative filtering solutions to the current ones. The first part presents the particular properties of electromagnetic bandgap materials and several 1D, 2D and 3D structures. Several manufacturing process are as well studied. The second part deals with the design and manufacturing of dielectric resonators made out of Alumina and working in the Ku band. The chosen manufacturing process is more precisely described. The third part presents the design and manufacturing of innovative electromagnetic bandgap filters working in the Ka band. In this part the use of several ceramic materials like the Zirconia and BZT ceramic is particularly studied. Finally the last part is focused on 3D electromagnetic structures called “woodpile”. These particular crystals are studied in order to propose innovative guiding and filtering devices which are made out of several ceramic materials

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Henneghien, Anne-Line. "Étude et optimisation de l'émission et de l'extraction de lumière des nanofils semiconducteurs grand gap : application à des dispositifs électroluminescents". Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00558359.

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Abstract (sommario):

Les diodes électroluminescentes (LEDs) bleues ou blanches actuelles sont constituées de couches épitaxiales planaires, essentiellement à base de GaN. Sans autres opérations technologiques, la réflexion totale interne aux interfaces réduit le nombre de photons extraits à quelques pourcents du nombre de photons émis. Cette thèse s'intéresse à un concept en rupture : les LEDs à nanofils GaN ou ZnO. Plus précisément elle vise à préciser l'intérêt de ces couches pour l'augmentation du rendement d'extraction. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à trois types de couches (taille des fils, arrangement), chacune mettant en jeu un processus d'extraction différent. La première géométrie, basée sur des fils relativement gros (rayons 50-100nm minimun) et distants vise à profiter des résonances ou du guidage optique pouvant exister au sein de chaque fil pour canaliser l'émission spontanée. Les coefficients de couplage de la couche active sur ces modes ainsi que la réflectivité des modes guidés en bout de fils ont notamment été évalué numériquement en fonction de la taille des fils. La seconde approche, issue de l'étude goniométrique de couches de fils MBE sur substrat Silicium, vise à profiter des propriétés d'indice effectif des couches de fils sublongueurs d'onde pour éviter le phénomène de réflexion totale à l'origine des faibles rendements d'extraction des couches planaires. Le modèle anisotrope numérique développé montre qu'un rendement d'extraction proche de 70% est envisageable sur ce type de couche épitaxiée sur Silicium. Enfin la troisième approche, plus prospective, vise à initier une étude sur l'émission dans des réseaux de fils agencés périodiquement.

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Lalouat, Loïc. "Interaction en champ proche entre une sonde nanométrique et le champ de composants à cristal photonique:- interaction faible, microscopie spatialement hautement résolue- interaction forte, contrôle des propriétés du composant". Phd thesis, Université de Bourgogne, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00347757.

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Abstract (sommario):

Grâce à l'amélioration des technologies de fabrication, la nanophotonique, et plus particulièrement les cristaux photoniques (structures périodiques à l'échelle de la longueur d'onde) ont connu un fort développement récemment. Dans ce manuscrit, nous utilisons la microscopie en champ proche optique pour étudier de tels composants.
Dans la première partie de ce travail, nous utilisons la sonde locale du microscope pour imager la distribution de la lumière au sein de cavités à cristal photonique réalisées dans un semiconducteur III/V. Nous nous sommes intéressés à expliquer la formation des images optiques en champ proche et à visualiser l'influence de la sonde sur ces images. Ainsi, nous avons pu observer des levées de dégénérescence de mode de cavité et des modes de cavité invisibles en champ lointain. Enfin, pour des cavités à- mode de Bloch, nous avons pu déterminer expérimentalement les courbes de dispersion du cristal photonique.
Dans la seconde partie de ce travail, nous utilisons la sonde locale du microscope pour contrôler les propriétés de nanorésonateur formés à partir de cavité à cristal photonique à faible volume modal et grand facteur de qualité. Nous avons étudié l'interaction entre la sonde et le résonateur d'un point de vue théorique et expérimental. Aussi, nous avons pu montrer la complémentarité d'une mesure en mode interaction et en mode collection. De plus, nous avons proposé des fonctionnalités opto-mécaniques en champ proche optique.

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Sérier, Cédric. "Conception, réalisation et caractérisation d'antenne à bande interdite photonique : application au fort gain". Limoges, 2002. http://www.theses.fr/2002LIMO0017.

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Abstract (sommario):

Les matériaux à Bande Interdite Photonique (B. I. P. ) présentent des propriétés de réflexion et de filtrage fréquentiel très intéressantes. C'est ce qui explique l'engouement de la part de la communauté scientifique pour ces structures. Ces dernière années, de nombreuses applications ont été développées que ce soit en optique, micro-onde ou électromagnétique. Ce mémoire se consacre plus précisément à l'étude de cristaux photonique dans le but de réaliser des antennes à résonateur B. I. P. Tirant au mieux parti de leurs propriétés : Antenne à résonateur B. I. P. 1D 'large bande' : Antenne à résonateur B. I. P. 1D fort gain : Antenne à résonateur B. I. P. 3D. Dans cette optique, les différentes étapes de conception de ces antennes sont présentées ainsi qu'une étude plus particulière d'une alimentation par fente pouvant remplacer l'excitation par antenne plaquée
This report is a study on photonic crystals, in order to use their properties to ceate P. B. G. Resonator antennas : Wideband 1D P. B. G. Resonator antenna : High gain 1D P. B. G. Resonator antenna : 3D P. B. G. Resonator antenna. More precisely, the different steps to design such antennas are presented as well as a study on the excitation of the structure by slot, which can replace patch antenna excitation

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Vynck, Kevin. "Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés : des cristaux photoniques aux métamatériaux". Phd thesis, Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20096.

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Abstract (sommario):

L'étude des propriétés optiques des matériaux nanostructurés a récemment connu un engouement croissant dû à leur capacité à manipuler la lumière. Les cristaux photoniques sont des matériaux dont l'indice de réfraction est modulé périodiquement à l'échelle de la longueur d'onde. Ils peuvent interdire la propagation de la lumière dans certaines gammes de fréquences et présenter de fortes dispersions spatiales qui conduisent à des phénomènes de réfraction anormaux. Les métamatériaux quant à eux sont des assemblages d'éléments microscopiques, métalliques ou diélectriques, qui se comportent à l'échelle macroscopique tels des milieux homogènes aux propriétés optiques hors du commun. Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et numérique de ces structures, avec pour objectif d'apporter de nouvelles solutions pour un contrôle accru de la lumière. Nous commençons par étudier le confinement de la lumière par des défauts structurels dans des cristaux photoniques à base d'opales, qui sont des empilements de sphères diélectriques, et proposons divers motifs de cavités résonantes et de guides d'ondes monomodes. Dans un second temps, nous considérons la propagation de faisceaux dans des cristaux photoniques planaires sans défaut. Nous démontrons la grande flexibilité offerte par les cristaux photoniques à gradient pour courber la trajectoire de la lumière et proposons une approche pratique pour la coupler efficacement à des guides d'ondes externes. Finalement, nous étudions les propriétés optiques des métamatériaux à base de tiges diélectriques et montrons rigoureusement que leurs résonances microscopiques induisent une permittivité et perméabilité toutes deux dispersives en fréquence qui peuvent être placées dans le domaine optique. Ces travaux ouvrent de nombreuses opportunités pour le contrôle de l'émission et de la propagation de la lumière et peuvent être exploités dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, les Sciences de la Vie et l'énergie solaire
In recent years, the photonics community has shown a keen interest in the optical properties of nanostructured materials, owing to their capability to manipulate light. Photonic crystals are materials with a periodic modulation of their refractive index on the wavelength scale. They can prohibit light propagation in certain frequency ranges and exhibit large spatial dispersions that yield anomalous refraction effects. Metamaterials, on the other hand, are assemblies of microscopic metallic or dielectric elements behaving on the macroscopic scale as a homogeneous medium with optical properties not found in nature. This thesis is concerned with a theoretical and computational study of these structures and intended to provide novel solutions for an advanced control over light. First, we focus on the confinement of light to structural defects in photonic crystals based on opals, which are stacks of dielectric spheres, and propose various designs of resonant cavities and single-mode waveguides. In a second part, we investigate the propagation of light beams in defectless planar photonic crystals. We demonstrate the ability of graded photonic crystals to curve the path of light and propose a practical way to couple light efficiently to external waveguides. Finally, we study the optical properties of all-dielectric rod-type metamaterials and show that their microscopic resonances induce a permittivity and permeability both dispersive in frequency and scalable to the optical frequencies. These works open many opportunities on the control of the emission and propagation of light and may find use in many areas such as telecommunications, Life Sciences and solar energy

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Do, Thi Phuong. "Oscillateurs optoélectroniques à base de résonateurs silicium pour applications à la génération de signaux hyperfréquences et aux capteurs". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN024/document.

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Abstract (sommario):

Ces travaux portent sur l'insertion de résonateurs en anneau de silicium dans des boucles d’oscillateurs optoélectroniques (OEO) pour la génération de signaux micro-ondes à faible bruit de phase et constituent une contribution à la future intégration complète des systèmes OEO en photonique silicium. L'orientation de l'application qui a été explorée a été d'évaluer la performance de ces systèmes pour la détection de variations d’indice optique en volume. Deux configurations différentes de résonateurs en anneau de silicium à base d'OEO ont été proposées et démontrées : des OEO à base de résonateurs en anneau silicium millimétriques et des OEO accordables à base d’anneaux plus compacts et d'un schéma spécifique de réinjection de porteuse optique.Dans la première approche, le signal optique est utilisé comme porteuse optique, qui est modulée par un modulateur d'intensité qui produit un ensemble de deux bandes latérales dans le domaine optique, tandis que le résonateur en anneau génère un peigne optique qui agit comme un filtre optique, transposant son intervalle spectral libre (ISL) dans le domaine micro-onde. Par le battement des deux raies optiques adjacentes dans un photodétecteur, l’information est ainsi traduite dans le domaine RF. La contribution de notre travail a été de démontrer que la réalisation de résonateurs millimétriques (environ 6mm) en photonique silicium était une approche viable et intéressante pour la réalisation directe d'OEO. Dans les configurations étudiées, les résonateurs en anneau SOI ont été optimisés pour satisfaire la cible requise d'un ISL d’environ 15 GHz et un facteur de qualité optique supérieur à 10^5. Les résultats expérimentaux obtenus ont démontré la viabilité et la stabilité de l'approche proposée, tandis qu’un niveau de bruit de phase de -100dBc/Hz à un décalage de 100 kHz par rapport à la porteuse et une capacité de détection du système d’environ 3,72 GHz/RIU ont été quantifiés pour une variation de l'indice de réfraction comprise entre 1,572 et 1,688, en bon accord avec les résultats des simulations.En complément de cette première étape, nous avons abordé la question très importante de l'accordabilité de la fréquence du signal hyperfréquence généré. À cette fin, nous avons proposé, conçu, puis développé et testé une configuration d’OEO originale, basée sur l'utilisation d'une seule bande de modulation et d'un mécanisme de réinjection de la porteuse optique du laser de la boucle. Dans ce schéma, le signal oscillant est créé par le battement entre le faisceau laser et une bande latérale unique du signal de modulation sélectionnée par un résonateur en anneau. Dans l'implémentation que nous avons réalisée, un résonateur photonique SOI avec un ISL de 77 GHz et un facteur de qualité optique à 8,1×10^4 a été utilisé. En modifiant la fréquence du laser tout en conservant une longueur d'onde de résonance du résonateur fixe, une accordabilité de 5,8 GHz à 18,2 GHz a été démontrée, qui est seulement limitée par le fonctionnement de l'amplificateur RF utilisé dans les expériences réalisées. Parallèlement, un niveau de bruit de phase de -115 dBc/Hz à une fréquence de décalage de 1 MHz a été obtenu pour tous les signaux générés, démontrant la possibilité de créer des fréquences d'oscillation élevées avec le même niveau de bruit de phase. Nous avons ensuite appliqué cette approche à la détection de l'indice de réfraction en volume et démontré une sensibilité de détection de 94350 GHz/RIU et une limite de détection d'indice de 10^-8 RIU. Au-delà de ces résultats expérimentaux, l'apport de cette seconde approche apporte une solution simple et flexible au problème de la génération de signaux hyperfréquences à fréquences variables à la demande, et ouvre des perspectives d'application très riches.Tous les résultats de la thèse contribuent à la question de l'intégration des OEO sur puces silicium et permettent d'anticiper diverses applications dans le domaine des communications et des capteurs
This work focuses on the insertion of silicon ring resonators into the loops of optoelectronic oscillators (OEO) for the generation of low phase noise microwave signals and is a contribution to the future full integration of OEO systems on single silicon chips. The application orientation that was explored was to evaluate the performance of these systems for bulk optical index detection. Two different configurations of silicon ring resonators based OEO have been proposed and demonstrated: OEO based on millimeter-long silicon ring resonators and tunable OEO based on more compact silicon ring resonators and a specific optical carrier reinjection scheme.In the first approach, the optical signal is used as an optical carrier, which is modulated by an intensity modulator that produces a set of sidebands in the optical domain, while the ring resonator generates an optical comb that acts as an optical filter, translating its Free Spectral Range (FSR) into the microwave domain. By the beating of two adjacent optical comb lines in a photodetector, the optical spectral lines are then translated into the RF domain. The contribution of our work has been to demonstrate that the realization of millimeter resonators (about 6mm) in silicon photonics was a viable and interesting approach for the direct realization of OEO. In the investigated configurations, SOI ring resonators were optimized to satisfy the required target of a FSR of around 15GHz and an optical quality factor above 10^5. The demonstrated experimental results showed the viability and the stability of the proposed approach, while phase noise level of -100dBc/Hz at an offset of 100 kHz from carrier was obtained and sensing capability of the studied system was quantified to around 3.72 GHz/RIU for a refractive index variation in the range of 1.572 to 1.688, in good agreement with simulation results.In a complementary direction to this first step, we addressed the very important issue of the tunability of the frequency of the microwave signal generated. To this end, we proposed, designed, and then developed and tested an original OEO configuration based on the use of a single modulation band and a mechanism for reinjection of the optical carrier from the loop laser. In this scheme, the oscillation signal is created under the beating between the laser light beam and a single modulation signal sideband selected by an add-drop ring resonator working as an effective optical bandpass filter. In the implementation we have carried out, a SOI photonic resonator with a FSR of 77 GHz and an optical quality factor at 8.1×10^4 was used. By changing the laser frequency while keeping a fixed resonator resonance wavelength, a tunability from 5.8GHz to 18.2GHz was demonstrated, being only limited by the working operation of the RF amplifier used in the carried out experiments. Meanwhile, a phase noise level of -115 dBc/Hz at 1MHz offset frequency was obtained for all generated signals, showing the possibility of creating high oscillation frequencies with the same phase noise level. We then applied this approach for bulk refractive index sensing application and demonstrated a sensing sensitivity of 94350GHz/RIU and an index limit of detection of 10^-8 RIU by considering a signal resolution of 1MHz. Beyond these experimental results, the contribution of this second approach provides a simple and flexible solution to the problem of generating microwave signals with variable frequencies on demand, and opens up very rich application perspectives.All the results of the thesis contribute to the question of the integration of OEOs on silicon chips and make it possible to anticipate various applications in the field of communications and sensors

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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.

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Abstract (sommario):

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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Farha, Robert. "Etude d'une structure à cristal photonique "LOM" gravée dans un guide Ti liNbO3 dopé erbium pour l'émission de la lumière à 1.55 µm". Phd thesis, Institut National des Télécommunications, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00612669.

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Abstract (sommario):

La réalisation d'un laser en optique intégrée sur niobate de lithium dopé erbium passe par la création d'une cavité Fabry-Pérot. Cette cavité peut être obtenue de manière classique en déposant des miroirs diélectriques multicouches aux extrémités du guide d'onde. Des problèmes de fiabilité de fabrications de ces miroirs peuvent être contournés en utilisant des réseaux de Bragg gravés à la surface du guide d'onde. Une autre approche, c'est un laser DFB bien connu, dans ce cas le cœur du guide à contraste d'indice, est structuré périodiquement par des réseaux de Bragg aussi gravés à la surface. Cette thèse présente une nouvelle configuration d'un cristal photonique (CP) 2D de forme originale LOM (pour Laterally Over-Modulated) pour remplacer les réseaux de Bragg gravés à la surface de guide d'onde de titane diffusé sur un substrat de niobate de lithium dopé erbium. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce mouvement. Son but est la conception, la fabrication et la caractérisation de LOM, destinées à réaliser un laser émettant à λ = 1,55µm répondant aux exigences de l'intégration photonique. La structure LOM proposée vise en même temps : - Le renforcement de l'émission spontanée par effet Purcell dans un milieu amplificateur où le couplage, de la sur-modulation de l'indice optique CP1D (effet Bragg) et CP2D (BIP), replie les relations de dispersion et crée de fait des régions de faible vitesse de groupe. - Le remplacement de la configuration Fabry-Pérot nécessitant un dépôt de couche diélectrique par une structure DFB réalisable en une seule étape de fabrication, d'où le choix de la technologie FIB " Focused Ion Beam ". L'optimisation de LOM occupe une partie du travail. Des simulations numériques ont été menées en deux dimensions par un logiciel " RSoft ", utilisant les techniques des ondes planes et FDTD, pour obtenir un meilleur rendement de transmission possible autour de 1.55µm. En accord avec les simulations, nous présentons la réalisation et la caractérisation de LOM dans un guide d'onde Er:Ti:LiNbO3 de coupe X propagation Z pompé à 980nm par une diode laser continue. Un gain d'amplification de 9 dB a été obtenu pour un LOM de 780 trous d'air de diamètre 290nm et de période 540nm constituant une surface de (22µm X 9µm). L'étape suivante consiste à améliorer le LOM pour arriver à créer un laser intégré.

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Farha, Robert. "Etude d'une structure à cristal photonique "LOM" gravée dans un guide Ti liNbO3 dopé erbium pour l'émission de la lumière à 1.55 µm". Electronic Thesis or Diss., Evry, Institut national des télécommunications, 2010. http://www.theses.fr/2010TELE0019.

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Abstract (sommario):

La réalisation d’un laser en optique intégrée sur niobate de lithium dopé erbium passe par la création d’une cavité Fabry-Pérot. Cette cavité peut être obtenue de manière classique en déposant des miroirs diélectriques multicouches aux extrémités du guide d’onde. Des problèmes de fiabilité de fabrications de ces miroirs peuvent être contournés en utilisant des réseaux de Bragg gravés à la surface du guide d’onde. Une autre approche, c’est un laser DFB bien connu, dans ce cas le cœur du guide à contraste d’indice, est structuré périodiquement par des réseaux de Bragg aussi gravés à la surface. Cette thèse présente une nouvelle configuration d’un cristal photonique (CP) 2D de forme originale LOM (pour Laterally Over-Modulated) pour remplacer les réseaux de Bragg gravés à la surface de guide d’onde de titane diffusé sur un substrat de niobate de lithium dopé erbium. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce mouvement. Son but est la conception, la fabrication et la caractérisation de LOM, destinées à réaliser un laser émettant à λ = 1,55µm répondant aux exigences de l'intégration photonique. La structure LOM proposée vise en même temps : - Le renforcement de l’émission spontanée par effet Purcell dans un milieu amplificateur où le couplage, de la sur-modulation de l’indice optique CP1D (effet Bragg) et CP2D (BIP), replie les relations de dispersion et crée de fait des régions de faible vitesse de groupe. - Le remplacement de la configuration Fabry-Pérot nécessitant un dépôt de couche diélectrique par une structure DFB réalisable en une seule étape de fabrication, d’où le choix de la technologie FIB « Focused Ion Beam ». L’optimisation de LOM occupe une partie du travail. Des simulations numériques ont été menées en deux dimensions par un logiciel « RSoft », utilisant les techniques des ondes planes et FDTD, pour obtenir un meilleur rendement de transmission possible autour de 1.55µm. En accord avec les simulations, nous présentons la réalisation et la caractérisation de LOM dans un guide d’onde Er:Ti:LiNbO3 de coupe X propagation Z pompé à 980nm par une diode laser continue. Un gain d’amplification de 9 dB a été obtenu pour un LOM de 780 trous d’air de diamètre 290nm et de période 540nm constituant une surface de (22µm X 9µm). L’étape suivante consiste à améliorer le LOM pour arriver à créer un laser intégré
Achieving an erbium doped lithium niobate integrated optical laser needs to create a classic Fabry-Perot cavity or a distributed feedback structure (DFB). The Fabry-Perot cavity can be obtained by a multilayer dielectric mirrors at the ends of the waveguide. In the DFB Structure the waveguide is structured periodically by a surface Bragg gratings. This thesis presents a new structure of a 2D photonic crystals (PC) form called LOM (Laterally Over- Modulated) to replace Bragg gratings. The objective of this thesis is the design, manufacture and characterisation of the LOM structure, intended to achieve a LiNbO3 integrated laser emitting at 1.55μm. The proposed LOM structure aims at the same time: - To enhance the spontaneous emission by Purcell effect in Er:LiNbO3 area where LOM structure allows fold dispersion relations and create regions of low group velocity. - To replace the Fabry-Pérot structure by a LOM requiring only one-step growth, where the choice of FIB "Focused Ion Beam" technology. Optimization of the LOM structure occupies part of the work. Numerical calculations were conducted by "RSoft" software, using plan-waves and FDTD techniques, for maximum transmission around 1.55μm. Finally, we present the achievement and the characterisation of our LOM structure in a x-cut and z-propagating Ti:Er:LiNbO3 waveguide using 980nm pump. A 9 dB gain was obtained for a LOM sample (22 μmX9 μm) formed by 780 air holes of diameter D=290 nm and period a=540 nm. The next step is to improve the LOM structure to create an integrated laser

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Bouché, Patrick. "Élaboration d’une grille de filtration pour hotte de cuisine inspirée des méta-matériaux ayant un maximum d’isolation acoustique". Thèse, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/10630.

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Abstract (sommario):

Le bruit est une source importante de problème et de désagrément au sein des habitations. Pouvant provenir de nombreux systèmes au sein d’un même habitat, les hottes de cuisine en sont un bon exemple. Les utilisateurs n’hésitant plus maintenant à ne plus s’en servir à leur détriment, le code du bâtiment exige des systèmes de plus en plus silencieux pour contrer cet effet. Né d’un partenariat entre la société VENMAR Ventilation Inc et le Groupe d’Acoustique de l’Université de Sherbrooke, le but de ce projet est de réduire au maximum le transmis hors de la hotte en se focalisant sur la grille de filtration. L’isolation acoustique sera réalisée via l’utilisation des méta-matériaux pour leurs propriétés hors du commun. Pour obtenir un prototype fonctionnel, optimisable et adaptable, des modélisations numériques et analytiques validées par l’expérience ont été mises au point afin de mieux comprendre les mécanismes régissant ce type de matériaux.

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Chowdhury, Avishek. "Mechanical nonlinear dynamics of a suspended photonic crystal membrane with integrated actuation". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS284/document.

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Abstract (sommario):

Les nonlinéarités dans les systèmes nanomécaniques peuvent provenir d’effets dispersif ou dissipatif et ce dans divers systèmes (résistifs, inductifs et capacitifs). Au-delà de l’intérêt fondamental pour tester la réponse dynamique d’un système non-linéaire à plusieurs dégrées de libertés, les nonlinéarités de tels systèmes ouvre la voie vers des capteurs nanomécanique et le traitement du signal. Le résonateur nanomécanique dont la réponse nonlinéaire est étudié, est une membrane suspendue à cristal photonique bidimensionnel utilisée comme miroir déformable. Sa faible masse et sa haute réflectivité en font un candidat idéal pour l’électro-opto-mécanique. L’actuation d’une telle membrane dans le domaine fréquentiel du MHz est rendu possible par des électrodes inter-digitées en dessous de la membrane assurant ainsi l’uniformité de la force d’actuation sur cette dernière. La fabrication de telles structures est basée sur l’intégration hétérogène 3D.La force électrostatique qui s’applique sur la membrane induit des non-linéarités mécaniques avec notamment un effet bistable, des résonances superharmoniques et des résonances stochastiques.La membrane est mise en mouvement par un potentiel électrique V(t) = Vdc + Vac cos(w.t), où Vdc est l’amplitude du courant continu, Vac l’amplitude du courant alternatif à la fréquence d’excitation w;. Le système se comporte alors comme une capacité de sorte que la force qui s’applique sur la membrane varie de manière quadratique avec la tension appliquée. Selon la tension DC ou AC, le comportement de la structure est différent. L’augmentation de la tension DC induit une augmentation de la tension de polarisation sur le matériau qui par conséquent modifie la fréquence propre de la membrane. Tandis que l’augmentation de la tension AC cause l’augmentation de l’amplitude des oscillations de la membrane pouvant aller jusqu’à atteindre le régime non-linéaire.Dans une première série de mesure, la membrane est excitée à la résonance avec une fréquence w; égale à la fréquence du mode mécanique fondamental wm. A partir de la réponse fréquentielle du système, il est possible d’identifier différents modes mécaniques de la membrane sondé optiquement. Pour une excitation plus importante, il est possible d’observer des effets de bistabilité mécanique. Ces non-linéarités sont dues à l’élongation au niveau des points d’ancrage de la membrane.La méthode la plus commune pour agir sur la membrane est l’excitation proche de la résonance fondamentale. Cependant la technique de la résonance superharmonique peut également être utilisée. Cela consiste à appliquer la fréquence d’excitation w; à une fréquence égale à wm/n où n est un entier. La possibilité d’utiliser cette technique est fortement dépendante des nonlinéarités présentes dans le système. Ainsi, l’existence d’une résonance super harmonique à wm/n résulte de la présence d’une nonlinéarité d’ordre n. Dans une seconde série de mesure, un balayage des résonances superharmoniques en fonction de la fréquence et de la puissance a été réalisé en modulant la tension à la fréquence wm/n et en enregistrant la réponse de la membrane autour de wm. Il a été ainsi possible d’observer des résonances superharmoniques allant de n=2 jusqu’à 8. Il a également été possible d’obtenir l’évolution de la phase le long des résonances et ce pour toutes celles observées.Dans une dernière série de mesure, nous utilisons la nonlinéarité présente pour observer des effets de résonance stochastique. L’idée est d’amplifier un signal de faible amplitude (basse fréquence) en injectant du bruit (haute fréquence) dans le système nonlinéaire. Dans le cas de notre système, nous avons été capables d’observer des résonances stochastiques à la fois en amplitude et en phase. Une étude comparative de ces deux régimes est détaillée. Le fait de pouvoir observer la résonance stochastique en phase peut permettre d’envisager la réalisation de communications codées en phase
Nonlinearities in nanomechanical systems can arise from various sources such as spring and damping mechanisms and resistive, inductive, and capacitive circuit elements. Beyond fundamental interests for testing the dynamical response of discrete nonlinear systems with many degrees of freedom, non-linearities in nanomechanical devices, open new routes for nanomechanical sensing, and signal processing.The nonlinear response of a nanomechanical resonator consisting in a suspended photonic crystal membrane acting as a deformable mirror has been investigated. The low-mass and high reflectivity of suspended membranes pierced by a two-dimensional photonic crystal, makes them good candidates as electro-optomechanical resonator. Actuation of the membrane motion in the MHz frequency range is achieved via interdigitated electrodes placed underneath the membrane. The choice of these electrodes is due to the fact they are able to uniformly actuate these membranes. The processing of such platforms relies on 3D-heterogenous integration process.The applied electrostatic force induces mechanical non-linearities, in particular bistability, superharmonic resonances and stochastic resonance.The membrane is actuated by an electric load V(t) = Vdc + Vac cos(w.t), where Vdc is the DC polarization voltage, Vac the amplitude of the applied AC voltage, and w; the excitation frequency. The system acts as a capacitive system and thus the force applied on the membrane varies as a quadratic function of the applied voltage. Application of either DC or AC voltages can have different implications. Increasing the DC voltage increases the polarizing voltage on the material which in turn causes modulation of the eigenfrequency of the membranes. While an increase in the periodic AC voltage causes the membrane to oscillate more, pushing the system towards non-linear regime.In a first series of experiments, the membrane is actuated resonantly, with an excitation frequency w; equal to the fundamental mechanical modes frequency wm. From the frequency response spectra of the system it was possible to identify different mechanical modes of these membranes via optical measurements. For increased actuation voltages, bistability effects are observed with two different behaviors (spring hardening or softening). The mechanical nonlinearities due to stretching at the clamping point dominate the resonator dynamics.The most commonly used method to act upon the membrane is the primary-resonance excitation, in which the frequency of the excitation is tuned closed to the fundamental natural frequency of the nanostructure. Superharmonic resonance can also be implemented. It consists in applying an excitation frequency w; equal to wm/n, with n being integer. Existence of these superharmonic resonances is highly dependent on the non-linearity of the system. For example existence of n-th order non-linearity results in presence wm/n superharmonic resonance. In a second series of experiments, frequency-power sweep for superharmonic resonance has been performed, by modulating the electric load at a frequency wm/n and recording the response of the membrane at the fundamental frequency wm. High-order superharmonic resonances are observed with n=2 up to 8. Under superharmonic excitation, the control of the phase across the resonance has been shown for every observed resonance.In the next set of experiments, we used the nonlinearity existing in the system to perform stochastic resonance. The idea of stochastic resonance is amplification of a weak signal (with low frequency) by means of noise injected (higher frequency) in a nonlinear system. For our system we were able to achieve stochastic resonance with both amplitude and phase noise. A comparative study between these two schemes was also done in details. The idea of observing stochastic resonance in phase is very interesting as it opens doors to realize phase encoded communications

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Nĕmec, Hynek. "Time-resolved terahertz spectroscopy applied to the investigation of magnetic materials and photonic structures". Grenoble INPG, 2006. http://www.theses.fr/2006INPG0020.

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Abstract (sommario):

Deux domaines différents de l'optique sont associés dans ce travail: spectroscopie térahertz dans le domaine temporel, et structures photoniques. Tout d'abord, un état de l'art des méthodes et techniques utilisées pour l'exploration de la région térahertz est dressé, et uni nouvelle méthode de détermination simultanée des réponses diélectrique et magnétique des matériaux et métamatériaux est ensuite présentée. Les structures photoniques opérant dans la région térahertz sont traitées dans la seconde partie de cette thèse. Les guides d'ondes présentant une modulation périodique sont étudié théoriquement par la méthode modale: la structure de bandes des modes guidés et des modes amortis est calculée et les modes résonants sont décrits. Les cristaux photoniques avec un défaut sont examinés el détail. La formation des modes de défaut est analysée théoriquement dans les cristaux photoniques avec un défaut gémellaire. Cette analyse permet de définir les paramètres de la structure qui autorisent une accordabilité des modes de défaut au moyen de paramètres physiques extérieurs. À partir de ces outils de conception, nous avons proposé, fabriqué et caractérisé des cristaux photoniques avec de modes de défaut accordable par la température et obtenu une accordabilité relative de 60 %
Two distinct branches of optics are combined in this work: Time-domain terahertz spectroscopy, and photonic structures. The works at first provides a survey of tools utilized for exploration of the terahertz region, and it en riches them by a method for simultaneous determination of dielectric and magnetic response of materials and metamaterials. Photonic structures operating in the terahertz range form the subject of the rest of this thesis. A periodically modulated dielectric waveguide is studied theoretically using a modal method: ThE band structure of guided and leaky modes is calculated and resonant modes are described. One-dimensional photonic crystals with a defect are then investigated in detail. Formation of defect modes is analyzed theoretically in a photonic crystal with a twinning defect. The analysis makes it possible to formulate requirements on a design of a structure with defect modes tunable by external parameters. Following these guidelines, we have successfully designed, fabricated and characterized photonic crystals with thermally tunable defect modes with relative tunability reaching 60 %

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Nguyen, Thi Thanh Ngan. "Fabrication and optimization of polymer-based photonic structures and applications to nonlinear optics". Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015DENS0040/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur la fabrication des structures photoniques (SPs) à base de polymères etleurs applications en optique non-linéaire. Dans la première partie, nous avons démontré lafabrication des SPs souhaitées par la méthode d’interférence. En particulier, l’interférencede deux faisceaux laser avec une exposition multiple est démontrée théoriquement etexpérimentalement comme un meilleur choix pour la fabrication des structures souhaitées,qui sont uniformes et de grande taille. Diverses structures à 1D, 2D, et 3D, périodiques etquasi-périodiques sont fabriquées avec succès dans la résine SU8. Nous avons égalementdémontré un moyen pour surmonter l’effet d’absorption de la photorésine, qui impose unelimitation de l’épaisseur des structures, en ajoutant un faisceau laser uniforme en sensopposé par rapport à deux faisceaux d’interférence. Les SPs fabriquées deviennent plusuniformes et leur épaisseur augmente jusqu’à 25 μm. Une autre approche utilisant laméthode d’absorption ultra-faible à un photon a également été mise en oevre montrant lapossibilité d’obtenir des SPs avec une épaisseur jusqu’à 600 μm. De plus, en utilisant latechnique d’interférence et l’effet de transport de masse, nous avons également démontré lafabrication des structures à relief de surface (SRG), avec une profondeur contrôlable, dansdes polymères passives (SU8) et des polymères actives (DR1/PMMA). Dans la deuxièmepartie, nous avons utilisé ces structures pour l’amélioration de la génération de secondeharmonique des matériaux polymères par deux manières différentes: quasi-accord de phase(QPM) et mode de résonance de guide d’onde (WRG). Les structures de QPM permet desurmonter le déphasage entre les ondes fondamentale et harmonique, et par conséquenceaugmente le rendement du taux de conversion. En outre, les structures de guide d’ondeavec une surface modulée (WRG) ont également été démontrées comme une excellenteméthode permettant d’amplifier le signal de SHG par un facteur de 25
This dissertation deals with the fabrication of various polymer-based photonic structures(PSs) and their applications in nonlinear optics. In the first part, we have demonstratedthe fabrication of desired PSs by interference lithography technique. The two-beam interferencemethod is theoretically and experimentally demonstrated as a best choice forfabrication of all kinds of PSs with large and uniform area. Desired 1D, 2D, and 3D,periodic and quasi-periodic PSs are successfully fabricated on SU8 photoresist. We alsodemonstrated a way to overcome the material’s absorption effect, which imposes a limitationof PSs thickness. By adding one more exposure of a uniform laser beam in oppositedirection of two interfering beams, the fabricated PSs became more uniform and theirthickness increased to 25 μm. A tentative of using low one-photon absorption techniquewas also realized showing the possibility to obtain a PS with a thickness upto 600 μm.Furthermore, by using the interference technique combined with mass transport effect,we have demonstrated the fabrication of desired surface relief grating structures, with acontrollable depth, on passive polymer (SU8) and active polymer (DR1/PMMA). In thesecond part, we applied these fabricated structures for enhancement of nonlinearity ofpolymer materials by two different ways: quasi-phase-matching (QPM) and waveguideresonance grating (WRG). Both theoretical calculation and experimental realization ofthese techniques have been investigated. The QPM structures allowed to overcome thephase mismatch of fundamental and harmonic waves, thus increasing the conversion efficiency.The second-harmonic generation (SHG), one of the most important applicationsof frequency conversion, is significantly enhanced thanks to the QPM condition. Anothermethod basing on the WRG structures allowed to increase the intensity of fundamentalwave, thus enhancing the SHG signal by a factor of 25

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Michit, Nicolas. "Switch optique pour la conception de liens WDM rapides en photonique sur silicium". Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI033.

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Abstract (sommario):

La photonique sur silicium est une solution de remplacement de l’électronique pour les communications demandant des débits extrêmement élevés, intégré avec une haute densité au sein des serveurs, des cartes voire des puces. Pour atteindre de hauts débits (400G, 800G et au-delà), il est intéressant de multiplexer l’information et désagréger les ressources. Cela amène la nécessité de penser des switches capables de gérer de hauts débits et un grand nombre de ports. Dans un premier temps, le choix d’utiliser des liens à base d’anneaux a été justifié notamment en termes de compacité, de flexibilité du réseau qu’ils apportent et de faibles pertes optiques. Ces structures résonantes sont cependant très sensibles et il est important de bien comprendre les phénomènes physiques en jeu. Nous décrivons alors plusieurs modèles de résonance de l’anneau pour ensuite créer un modèle à la fois solvable analytiquement et suffisamment précis pour rendre compte des phénomènes mis en jeu. La validation de ce modèle est réalisée à l’aide de plusieurs tests faisant intervenir l’optique et l’électrique. Ce travail a permis de mieux appréhender l’anneau et ses paramètres constitutifs pour parvenir à minimiser son impact sur un lien WDM. Ensuite, nous avons soumis des idées d’améliorations possibles de ces résonateurs pour pallier à leurs défauts. Ainsi, des disques et des résonateurs utilisant la plateforme en nitrure de silicium ont été simulés, fabriquées puis testés pour finalement les comparer aux résonateurs en anneaux de référence. L’une de ces améliorations est topologique, il s’agit de cascader plusieurs résonateurs pour modifier la résonance finale. Cette modification topologique implique des modifications de l’architecture qui n’est pas forcément adaptée. Une réflexion sur les architectures WDM basées sur des simples et doubles anneaux est alors présentée. Pour limiter les diaphonies thermiques, des commutations groupées par longueur d’onde sont proposées tout en garantissant une table de vérité simple d’usage. La manière de piloter chaque anneau est très importante dans les switches et nous avons démontré un moyen transparent et non invasif de parvenir à faire la détection lumineuse nécessaire à une boucle de rétroaction. Enfin, nous proposons une réponse à la question de la taille maximale d’un switch avec des anneaux. A partir d’hypothèses maitrisées, nous estimons le cout final d’une architecture WDM en fonction du débit, du nombre de ports et de liens WDM. Ces résultats viennent ensuite confirmer ou contredire les hypothèses prises en compte pour l’élaboration de l’architecture du switch
Silicon photonics stands as a promising solution to replace copper interconnections for communication requirements highly integrated inside data centers, inter and intra chip links. To achieve high data rate, one can use multiplexing on optical links combined with disaggregated resources. In such architectures, an optical switch being able to cope with high size and data rate is a core element to be designed. In this study, we focused on intrachip interconnections on a photonic interposer, based on wavelength multiplexed links around the 1310nm communication channel. Integration of laser sources, modulation of the data and reception of the signal is not addressed here. Our goal is the optical switching. At first, the choice to use ring resonators based links has been justified in terms of compactness, network flexibility and low optical losses. Those structures are though very sensitive to environment and geometry fluctuations: it is important to understand well physical effects at stake. We thus describe different ring resonance models to then create a model both analytic and enough accurate to describe peak shifts. The validation of this model is performed with optical and electrical tests. This work allowed a better understanding of the ring parameters in order to minimize its impact on a WDM link. We then propose ideas of possible improvements for those resonators. Disks and resonators using the silicon nitride layer have been simulated, fabricated and tested to compare their performances to the reference design. One of those improvements is topologic. One resonator is replaced by two coupled rings, to achieve a higher order of resonance. Since most of the switching architecture are not adapted to the use of double rings, we developed a new approach on that topic. To limit thermal crosstalk in WDM switches while keeping low footprint, resonators are grouped with respect to their wavelength. The scalability is preserved with a truth table kept to a fair level of simplicity for any number of wavelength multiplexed. The way to drive every resonator is a core topic in switching architectures, especially the detection of the resonance to perform a feedback loop. We demonstrated in this work a transparent and non-invasive way to detect light in a ring waveguide, based on the doped junction already used to drive the ring. Finally, we tackle the question of the switch scalability (without use of active amplifiers). Starting from reasonable hypothesis, we estimate the total switch bandwidth of a classical architecture taking into account data rate, number of ports and the wavelength multiplexing. Those system results confirm or invalidate some of the hypothesis taken in the architecture part

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Campos, Julien. "Étude de cavités membranaires GaAs à autocollimation". Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1504/.

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Abstract (sommario):

L'autocollimation permet de propager un faisceau lumineux sans étalement latéral et en l'absence de tout guide optique. Cette thèse traite de la conception de cavités membranaires GaAs à autocollimation pour démontrer une nouvelle génération de cavité laser, ici émettant aux environs de 1 µm. La première partie concerne l'étude théorique d'une cavité à autocollimation reposant sur un cristal photonique à maille carrée. Un modèle d'onde plane est développé pour simuler la propagation de modes dans ce milieu. Le dimensionnement, les propriétés de guidage et de sélectivité spectrale et spatiale d'une cavité à autocollimation sont analysées. La deuxième partie évalue la fabrication d'une cavité membranaire GaAs à cristal photonique en régime d'autocollimation. Ce travail passe par la mise au point d'un procédé de masquage et de gravure RIE spécifique. Un second volet porte sur la minimisation des dégradations du matériau actif induites lors de la fabrication. Sur ce point, un modèle balistique a été développé pour estimer le temps de gravure optimal et réduire ainsi les défauts générés lors de la gravure. Des voies de passivations électroniques post-process à base de sulfures et nitrures sont également examinées
Self-collimation allows to propagate a light beam without any lateral spreading and in the absence of any optical waveguide. This thesis deals with the design of self-collimation cavities on GaAs membrane to demonstrate a new generation of laser cavity emitting around 1 µm. The first part is a theoretical study of self-collimation photonic crystal with a square lattice. A plane wave model is developed to simulate the propagation of modes in this photonic crystal. The design, beaming properties, spectral and spatial selectivity of a self-collimation cavity are analyzed. The second part evaluates the fabrication of a GaAs membrane containing this self-collimation photonic crystal. This work involves the development of a specific method of masking and RIE etching. A second part focuses on minimizing the degradation of the active material induced by RIE etching. On this point, a ballistic model was developed to estimate the optimal etching time to reduce the generated defects. Some leads of electronic passivation post-process based on sulfides and nitrides are also discussed

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Tesi sul tema "Résonateur à cristal photonique"

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