Download or read book Etude de composants cristaux photoniques dans la fili re silicium pour les longueurs d ondes des t l communications optiques written by Sylvain David (physicien et auteur d'une thèse en 2003).) and published by . This book was released on 2003 with total page 168 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les cristaux photoniques sont des structures artificielles dont la constante diélectrique est rendue périodique. La propriété essentielle de ces structures est l'ouverture de bandes interdites photoniques pour lesquelles la propagation de la lumière n'est pas autorisée. Une bande interdite complète s'obtient selon certaines conditions portant sur le contraste d'indice, les dimensions et les symétries des réseaux. Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'étude et la réalisation de cristaux photoniques bidimensionnels à base de silicium pour les longueurs d'onde 1,3 - 1,55 [mu]m. Les dispositifs à cristaux photoniques planaires sont confinés par une variation d'indice dans la troisième direction. Deux approches sont envisagées : le fort confinement pour les microcavités et le faible confinement pour l'optique guidée. Nous avons réalisé des microcavités planaires à cristaux photoniques sur substrat SOI (silicium sur isolant) intégrant des boîtes quantiques Ge/Si. Nous avons montré une forte exaltation de la luminescence dans la gamme 1,3 - 1,55[mu]m, caractérisée par un comportement surlinéaire de l'émission. Cette forte augmentation est à la fois le résultat de l'extraction de la lumière par le cristal photonique, mais également la signature d'une forte localisation spatiale des porteurs de charge dans la microcavité. Nous avons également travaillé sur la réalisation de guide d'onde à cristaux photoniques de faible confinement vertical pour le guidage planaire, en utilisant deux technologies : la gravure photo-électrochimique et la gravure plasma ICP (Inductively Coupled Plasma). Nous avons montré la possibilité de réaliser des structures à cristal photonique à travers des guides épais SiGe (2 [mu]m) enterrés dans le silicium. Nous avons également modélisé de nouveaux cristaux photoniques tels que les pavages d'Archimède ou les approximants de quasi-cristaux dans le but d'obtenir le comportement le plus isotrope possible.

Download or read book Etude et r alisation de structures bidimensionnelles bandes photoniques interdites pour le domaine optique et proche infrarouge written by Pascal Filloux and published by . This book was released on 2001 with total page 156 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Un cristal photonique est une structure composite dont l'arrangement des matériaux est périodique a l'échelle de la longueur d'onde. La périodicité permet l'apparition de bandes photoniques interdites : domaines de fréquences pour lesquels la lumière ne peut pas se propager dans la structure, quelles que soient sa polarisation et sa direction de propagation. Deux types de dispositifs mettant en ceuvre des cristaux photoniques à deux dimensions ont été étudiés, pour les longueurs d'onde des télécommunications optiques entre 1,3 et l,55mM. Leur modélisation utilise la méthode mathematique rigoureuse des ondes couplées (RCWA). Le premier composant, pour l'optique guidée, utilise un substrat de silicium sur isolant (SOI). Le cristal photonique à deux dimensions est gravé dans le film de silicium : des réseaux de diffraction permettent le couplage et le découplage de la lumière dans le guide. Plusieurs types de substrats ont été considérés pour lesquels nous avons étudié la propagation des ondes guidées puis avons dîmensionné les coupleurs et le enstal photonique. Pour modéliser ces cristaux, en optique intégrée, nous avons utilisé un calcul approché basé sur la méthode RCWA qui permet de déterminer avec une bonne approximation leurs propriétés optiques. Un deuxième composant a été étudié et réalisé pour l'optique diffractive. Il est obtenu en gravant un réseau de traits dans une ou plusieurs des couches d'un empilement périodique. Lorsque toutes les couches sont gravees, ces structures, possédant deux directions de périodicité et constituées de trois matériaux différents, constituent des cristaux photoniques 2D non conventionnels. Nous avons montré la possibilité de réaliser, avec ces structures, des miroirs, des filtres, polarisants ou non, dispersifs ou non. Nous avons montré la faisabilité des structures multicouches (silicium / nitrure de silicium) gravées sur membrane en utilisant la gravure par faisceau d'ions focalisé.

Download or read book Etude des composants nanophotoniques pour les interconnexions optiques sur silicium written by Bing Han and published by . This book was released on 2008 with total page 139 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L'augmentation des fréquences de fonctionnement des circuits intégrés rend de plus en plus problématique l'utilisation d'interconnexions métalliques et requiert l'introduction de nouveaux types de liaisons telles que les liens optiques. Le premier objectif de cette thèse a été de montrer la faisabilité d'un lien optique en utilisant un procédé technologique compatible CMOS. Les principaux résultats obtenus concernent le développement de deux nouvelles filières de matériaux bas cout déposés par un procédé PECVD basse température : le nitrure de silicium (SiNx) et silicium amorphe (a-Si:H). Des guides rubans compacts ont été fabriqués et les pertes optiques mesurées de 2,2dB/cm et 5,5dB/cm respectivement à longueur d'onde de 1,3μm pour la filière nitrure et silicium amorphe sont à l'état de l'art mondial. La réalisation de composants élémentaires d'optique intégrée compact tel que des virages et des diviseurs de faisceaux de type MMI ont permis d'obtenir un premier lien optique de 1 vers 8 validant ainsi l'approche retenue dans ce travail. Afin de réaliser une intégration monolithique des sources et des photodétecteurs III-V peuvent être reportés sur le circuit optique par un procédé de collage de plaque par adhésion moléculaire. L'approche originale retenue lors de ce travail de thèse a consisté à utiliser des coupleurs guide à guide compacts pour le transfert de la lumière entre la couche active III-V et le circuit optique passif. L'efficacité de couplage obtenue est de 60%. Le codage de l'information dans un circuit optique nécessite l'emploi de modulateurs de lumière. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'étude des cavités résonantes permettant d'accroître les performances des modulateurs optiques à base de silicium. Compte tenu de la faible variation d'indice de réfraction induit par des effets électro-optique dans le silicium, ces effets sont renforcés par l'utilisation de microcavités et de structures diffractives (cristaux photonique unidimensionnel). Ces approches permettent de réduire de manière significative les dimensions des composants et augmenter leur fréquence d'utilisation. Pour la réalisation d'un modulateur otpique intégré, les résonateurs en anneaux de type stade et les cavités Fabry-Pérot sont les deux des structures résonantes explorés conduisant à des dispositifs compacts fabriquées dans une technologie de guide en arête. Sur le résonateur en anneau de type stade, le facteur de qualité de 5200 a été obtenu, et il a été montré que celui-ci est suffisant pour assurer une modélisation efficace dans le silicium.

Download or read book Fabrication et tude de cristaux photoniques pour les longueurs d onde de t l communication optique written by Ismaïl Aboudihab and published by . This book was released on 2005 with total page 244 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:

Download or read book MATERIAUX A BANDES PHOTONIQUES INTERDITES POUR L OPTIQUE ET LES TERAHERTZ REALISATION A BASE DE SILICIUM ETUDE ET CARACTERISATION written by SEBASTIAN.. ROWSON and published by . This book was released on 2000 with total page 162 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: UN MATERIAU A BANDE INTERDITE PHOTONIQUE OU CRISTAL PHOTONIQUE EST UNE STRUCTURE OU LA PERIODICITE SPATIALE DE LA CONSTANTE DIELECTRIQUE ENGENDRE DES PLAGES DE FREQUENCES PERMISES OU INTERDITES POUR LA PROPAGATION D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES. TOUS LES DOMAINES DE LONGUEUR D'ONDE SONT CONCERNES, DU VISIBLE JUSQU'AUX ONDES CENTIMETRIQUES, AVEC UN EVENTAIL D'APPLICATIONS POTENTIELLES TOUT AUSSI VARIE. AU COURS DE CETTE THESE, DIFFERENTES TECHNIQUES D'ELABORATION SUR SILICIUM ONT ETE MISES AU POINT QUI PERMETTENT DESORMAIS DE REALISER DES STRUCTURES PERIODIQUES A DEUX OU TROIS DIMENSIONS AVEC UNE GRANDE SOUPLESSE QUANT A LA TAILLE ET A LA PERIODICITE DES MOTIFS. LES RESULTATS PRESENTES, NUMERIQUES ET EXPERIMENTAUX, COUVRENT AINSI PRES DE TROIS DECADES EN LONGUEUR D'ONDE EN ALLANT DU PROCHE INFRAROUGE AUX ONDES MILLIMETRIQUES. LES CRISTAUX BIDIMENSIONNELS SONT OBTENUS PAR PHOTO-ELECTROCHIMIE DU SILICIUM. CETTE TECHNIQUE DU SILICIUM MACROPOREUX DONNE DES GRAVURES PROFONDES AVEC DES FACTEURS D'ASPECTS SUPERIEURS A LA CENTAINE ET PEUT ETRE APPLIQUEE DEPUIS LE MOYEN INFRAROUGE JUSQU'AU PROCHE INFRAROUGE. CETTE TECHNIQUE A PERMIS DE DEMONTRER UNE BANDE INTERDITE PHOTONIQUE COMPLETE AUX LONGUEURS D'ONDE DES TELECOMMUNICATIONS (1,5 MICRONS). AU COURS DE CE TRAVAIL, DES CRITERES DE CHOIX POUR LES APPLICATIONS FUTURES DES CRISTAUX PHOTONIQUES BIDIMENSIONNELS ONT ETE APPORTES, NOTAMMENT PAR LA COMPARAISON DES DEUX RESEAUX, TRIANGULAIRE ET HEXAGONAL. CES CRITERES DE CHOIX SONT GENERAUX ET NE SE LIMITENT PAS AU SILICIUM MACROPOREUX. UNE TECHNIQUE DE FABRICATION PAR USINAGE MECANIQUE EST DEMONTREE POUR OBTENIR DES CRISTAUX TRIDIMENSIONNELS POUR LES ONDES MILLIMETRIQUE. CETTE TECHNIQUE A PERMIS D'ETUDIER L'INFLUENCE DES DEFAUTS INTERSTITIELS VOLONTAIREMENT INTRODUITS DANS LES STRUCTURES ET DE DEMONTRER LA POSSIBILITE DE CONTROLER DE L'EXTERIEUR LES NIVEAUX DE TRANSMISSION DE MODES DE DEFAUT.

Download or read book Cristaux photoniques pour le contr le de l absorption dans les cellules solaires photovolta ques silicium ultraminces written by Guillaume Gomard and published by . This book was released on 2012 with total page 188 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La technologie photovoltaïque se caractérise par sa capacité à réduire constamment le coût de l’électricité délivrée, notamment grâce aux innovations technologiques. Un pas important a été franchi dans ce sens grâce à la mise en place d’une filière utilisant des couches minces, réduisant significativement la quantité de matériau actif nécessaire. Aujourd’hui, ces efforts se poursuivent et des couches semi-conductrices ultraminces voient le jour. Du fait de leur faible épaisseur, ces couches souffrent d’une faible absorption de la lumière, ce qui limite le rendement de conversion des cellules. Pour répondre à ce problème, les concepts issus de la nano-photonique peuvent être employés afin de contrôler la lumière à l’échelle des longueurs d’onde mises en jeu. Dans ce contexte, nous proposons de structurer la couche active des cellules solaires en cristal photonique (CP) absorbant. Cette nano-structure périodique assure simultanément une collection efficace de la lumière aux faibles longueurs d’onde et un piégeage des photons dans la couche active (ici en silicium amorphe hydrogéné) pour les longueurs d’onde situées près de la bande interdite du matériau absorbant. Dans le cadre de cette étude, des simulations optiques ont été utilisées de manière à optimiser les paramètres du CP, engendrant ainsi une augmentation de l’absorption de plus de 27% dans la couche active sur l’ensemble du spectre utile, et à établir des règles de design en vue de la fabrication des cellules structurées. Les principes physiques régissant leurs propriétés optiques ont été identifiés à partir d’une description analytique du système. Des mesures optiques réalisées sur les échantillons structurés, ont conforté les résultats de simulation et mis en évidence la robustesse de l’absorption de la cellule à l’égard de l’angle d’incidence de la lumière et des imperfections technologiques. Des simulations opto-électriques complémentaires ont démontré qu’une augmentation du rendement de conversion est réalisable, à condition d’introduire une étape de passivation de surface appropriée dans le procédé de fabrication de ces cellules.

Download or read book Composants cristal photonique 2D et 2 5D contenant des bo tes quantiques GeSi sur silicium pour la nanophotonique proche infrarouge written by Xiang Li and published by . This book was released on 2007 with total page 194 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: 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.

Download or read book Cristaux photoniques sur silicium avec des lots quantiques Ge Si et du germanium pur written by Thi-Phuong Ngo and published by . This book was released on 2010 with total page 144 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le travail de cette thèse porte sur l'étude des composants photoniques à base d'îlots quantiques Ge/Si et du germanium pur pour la nanophotonique proche infrarouge. La première partie est consacrée à l'étude des cavités à cristaux photoniques en utilisant la photoluminescence des boîtes quantiques Ge/Si auto-assemblées. Les travaux sont centrés sur les nanocavités L3 et H1 réalisées dans les structures photoniques suspendues en silicium. La caractérisation optique par la technique de source interne permet d'obtenir des paramètres associés aux dynamiques de recombinaisons des porteurs de charges dans ces structures. Le facteur de qualité du mode fondamental des cavités n'est limité que par la résolution du spectromètre et non pas par la fabrication. La deuxième partie est consacrée à l'étude des cristaux photoniques réalisés sur substrat de germanium pur sur isolant (GeOI). Le substrat GeOI est constitué d'une couche fine de germanium pur séparée avec son substrat par une couche de silice. Les propriétés optiques sont sondées par la recombinaison radiative de la bande interdite directe du germanium pur à température ambiante. Les résonances des modes optiques sont observées de 1300 nm à 1700 nm dans les nanocavités L3 et H1. Les positions spectrales des résonances peuvent être contrôlées par le pas du réseau et le facteur de remplissage. Proche du bord de bande directe du germanium, le facteur de qualité est limité par l'absorption du matériau. Finalement, le dopage n du germanium obtenu par les techniques de dopage laser et de croissance aux organo-métalliques a été étudié. Ce travail montre que la photoluminescence est fortement exaltée à température ambiante à la fois pour le germanium massif et pour le germanium sur isolant en présence d'un fort dopage n. Les perspectives pour réaliser un laser en germanium dans la filière silicium sont présentées.

Download or read book Cristaux photoniques bidimensionnels en SOI et leur couplage avec un miroir de Bragg written by Antoine Salomon and published by . This book was released on 2007 with total page 154 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Analogues aux cristaux électroniques, les cristaux photoniques sont des matériaux diélectriques dont l'indice optique est modulé. Comme en électronique, où la variation périodique du potentiel structure la dispersion énergétique des électrons, cette modulation de 'l'indice structure la dispersion en énergie des photons. Il est alors possible de contrôler ces demiers en leurs interdisant des bandes de fréquences et certaines directions. De plus, de part leur forte intégration ainsi que leur compatibilité de fabrication avec la filière silicium, les Cristaux photonique en Silicium sur Isolant (SOI), disposent d'un fort potentiel pour la mise au point d'une future électro-photonique intégré sur silicium. Dans ce contexte, ce travail s'attache à l'étude de sources optiques à cristaux photoniques en SOI et plus particulièrement au couplage entre une source à cristal photonique bidimensionnel et un miroir de Bragg.Dans un premier temps nous nous intéressons aux aspects théoriques et technologiques des cristaux photoniques. Nous abordons les principes physiques de la structure de bande photonique afin de cerner les modes de fonctionnement ainsi que les propriétés des cristaux photoniques pour ensuite décrire ,les moyens de fabrication et de caractérisation optique. Dans un deuxième temps nous nous attaquons à l'étude de cristaux photoniques bidimensionnels pour l'extraction de lumière. Au cours de cette étape nous mettons en évidence que le couplage de désexcitations radiatives avec de modes optiques de cristaux photoniques permet de nettement améliorer l'extraction lumineuse. En exploitant des modes de cavités, des modes lents et une combinaison astucieuse des deux, nous présentons la mise au point de sources optiques à 1.1 [Mu]m. Ces résultats concordent avec les calculs par la, méthode des ondes planes des diagrammes de bande correspondant. Enfin nous étudions le couplage entre cristaux photoniques bidimensionnels et miroir de Bragg. Nous nous intéressons spécialement au rôle de la distance de couplage entre le miroir et le cristal sur les propriétés d'extraction et du facteur de qualité (Q). Après avoir développé un montage original permettant de moduler cette distance sur quelques micromètres, nous montrons que les deux quantités précédentes en sont des fonctions périodiques de période [Lambda]/2.Les résultats obtenus montrent aussi une augmentation de l'extraction lumineuse et du Q par rapport à ceux de cristal seul.Ces mesures expérimentales sont en adéquation avec de calculs FDTD bidimensionnel. Nous terminons cette étude par la présentation de premières structures associant un cristal photonique avec deux miroirs de Bragg.

Download or read book Etude de l impact d une pointe SNOM sur les propri t s des modes optiques d une cavit base de cristaux photoniques written by Gaëlle Le Gac and published by . This book was released on 2010 with total page 147 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les cristaux photoniques (CP) nous fournissent un moyen sans précédent de contrôler et de confiner les photons. En particulier, les cristaux photoniques membranaires (CP-2D) (confinement vertical par réflexion totale interne), et l’effet de bande interdite photonique (confinement dans le plan), jouent un rôle très important en nanophotonique. En introduisant des défauts dans le cristal (omission d’un ou de plusieurs motifs), il est possible de générer des modes optiques très localisés, possédant un faible volume modal et un grand facteur de qualité. Coupler un émetteur unique à ce type de mode peut être alors utile pour exalter ou inhiber sa dynamique. L’efficacité du couplage dépend à la fois de l’accord en longueur d’onde entre l’émetteur et le mode optique ainsi que de leur recouvrement spatial, c’est pourquoi le contrôle du couplage entre l’émetteur et le mode localisé doit être optimal. Il est donc crucial de connaître le profil du mode dans la cavité à une échelle suffisamment petite. Jusqu’à présent, le SNOM s’est révélé un outil de caractérisation particulièrement bien adapté à l’observation directe du champ dans des structures nanophotoniques. En effet, il permet d’accéder aux parties évanescentes des modes, livrant ainsi des informations locales, inaccessibles par des mesures classiques en champ lointain. Cependant, le potentiel des structures à base de CP-2D pour développer de nouveaux composants photoniques serait considérablement accru si leurs propriétés optiques pouvaient être modifiées après fabrication. En particulier, pour les structures actives, la capacité à accorder de manière réversible une cavité à l’emission ou à l’absorption d’une source est de grand intérêt. Dans cette étude, l’idée est donc d’utiliser la sonde d’un SNOM dans le but de perturber la résonnance (longueur d’onde, facteur de qualité) d’un mode. Dans ce travail, Nous concevons et optimisons une cavité linéaire dans laquelle sept trous ont été omis (CL7). Nous étudions théoriquement les propriétés de la cavité et particulièrement un mode présentant un bon facteur de qualité. Ensuite, l’interaction de pointes champ proche avec les modes de la CL7 et en particulier l’effet du matériau de la pointe sur l’émission en longueur d’onde et les pertes induites relatives sont étudiés. Dans ce but, une pointe est introduite dans des simulations FDTD-3D, soit avec l’indice de la silice (1.44), soit avec l’indice du silicium (3.4). Ensuite, l’effet de la forme de la pointe sur les cartographies est étudié, et particulièrement l’influence de la polarisabilité et de la section efficace. Les cavités CL7 sont fabriquées et caractérisées par un dispositif d’optique réfractive et par un microscope optique de champ proche. Le mode fondamental, présentant un effet laser, est utilisé pour étudier l’interaction ave la pointe champ proche. Des caractérisations SNOM avec une pointe en silice et une pointe hybride silice/silicium sont réalisées sur la cavité CL7 et nous démontrons que la pointe en silice recouverte de silicium provoque un décalage en longueur d’onde de l’ordre de quelques nanomètres, de 5 à 10 fois supérieur que la largeur intrinsèque du pic. La pointe en silice induitdes décalages en longueur d’onde de l’ordre du dixième de nanomètre, qui n’est pas détecté par notre montage expérimental. Nous démontrons également l’importance de la forme de la pointe lors de l’observation directe et locale de la distribution du champ avec le SNOM. Nous montrons qu’une pointe isotrope de bas indice peut être utilisée comme un outil de caractérisation passive car la cartographie champ proche donne une bonne approximation du mode tel qu’il existe dans la structure sans présence de la pointe. A l’inverse, une pointe anisotrope donne une information partielle car elle ne convertie le champ que dans la direction du petit axe.

Download or read book Photonique int gr e nonlin aire sur plate formes CMOS compatibles pour applications du proche au moyen infrarouge written by Luca Carletti and published by . This book was released on 2015 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La photonique intégrée offre la possibilité d’exploiter un vaste bouquet de phénomènes optique nonlinéaires pour la génération et le traitement de signaux optiques sur des puces très compactes et à des débits potentiels extrêmement rapides. De nouvelles solutions et technologies de composants pourraient être ainsi réalisées, avec un impact considérable pour les applications télécom et datacom. L’utilisation de phénomènes optiques nonlinéaires (e.g. effet Kerr optique, effet Raman) permet même d’envisager la réalisation de composants actifs (e.g. amplificateurs, modulateurs, lasers, régénérateurs de signaux et convertisseurs en longueur d’onde).Pendant cette dernière décennie, les efforts ont principalement porté sur la plateforme Silicium sur isolant (SOI), profitant du fort confinement optique dans ce matériau, qui permet la miniaturisation et intégration de composants optiques clés (e.g. filtres passifs, jonctions coupleurs et multiplexeurs). Cependant, la présence de fortes pertes nonlinéaires dans ce matériau aux longueurs d’onde d’intérêt (i.e. autour de 1.55 μm dans les télécommunications) limite certaines applications pour lesquelles une forte réponse nonlinéaire est nécessaire et motive la recherche de nouvelles plates-formes, mieux adaptées. L’objectif premier de cette thèse était ainsi l’étude de matériaux alternatifs au Si cristallin, par exemple le silicium amorphe hydrogéné, alliant de très faibles pertes nonlinéaires et une compatibilité CMOS, pour la réalisation de dispositifs photoniques intégrés qui exploitent les phénomènes nonlinéaires. Alternativement, l’utilisation de longueurs d’onde plus élevées (dans le moyen-IR) permet de relaxer la contrainte sur le choix de la filière matériau, en bénéficiant de pertes nonlinéaires réduites, par exemple dans la filière SiGe, également explorée dans cette thèse. Ce travail est organisé de la façon suivante. Le premier chapitre donne un iii panorama des phénomènes nonlinéaires qui permettent de réaliser du traitement tout-optique de l’information, en mettant en évidence les paramètres clés à maitriser (confinement optique, ingénierie de dispersion) pour les composants d’optique intégrée, et en présentant le cadre de modélisation de ces phénomènes utilisé dans le travail de thèse. Il inclut également une revue des démonstrations marquantes publiées sur Silicium cristallin, donnant ainsi des points de référence pour la suite du travail. Le chapitre 2 introduit les cristaux photoniques comme structures d’optique intégrée permettant d’exalter les phénomènes nonlinéaires. On s’intéresse ici aux cavités, avec une démonstration de génération de deuxième et troisième harmoniques qui exploite un design original. Ce chapitre décrit également les enjeux associés à l’utilisation de guides à cristaux photoniques en régime de lumière lente, qui serviront de fondements pour le chapitre 4. Le chapitre 3 présente les résultats de caractérisation de la réponse nonlinéaire associée à des guides réalisés dans deux matériaux alternatifs au silicium cristallin : le silicium amorphe hydrogéné testé dans le proche infrarouge et le silicium germanium testé dans le moyen infrarouge. Le modèle présenté au chapitre 1 est exploité pour déduire la réponse de ces deux matériaux, et il est même étendu pour rendre compte d’effets nonlinéaires d’ordre plus élevé dans le cas du silicium germanium à haute longueur d’onde. Ce chapitre inclut également une discussion sur la comparaison des propriétés nonlinéaires de ces deux matériaux avec le SOI standard. Le chapitre 4 combine l’utilisation d’une plate-forme plus prometteuse que le SOI, avec des structures photoniques plus avancées que les simples guides réfractifs utilisés au chapitre 3 : il décrit l’ingénierie de modes (lents) dans des guides à cristaux photoniques en silicium amorphe hydrogéné et enterrés dans la silice. [...]

Download or read book Structures de type cristal photonique obtenues par d position collo dale caract risation et simulation en vue de composants pour l optique guid e written by Nolwenn Dissaux and published by . This book was released on 2011 with total page 178 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail de thèse étudie au niveau expérimental et théorique la propagation de la lumière dans les cristaux photoniques 3D obtenus par auto-assemblage de nanosphères de polystyrène, dans le cadre du projet européen NewTon. La périodicité présente dans ces structures ayant des dimensions de l'ordre de la longueur d’onde de la lumière permet l’apparition d’une bande interdite photonique. Notre contribution à la caractérisation structurelle et fonctionnelle de ces cristaux photoniques a permis d’une part de contrôler l’empilement des billes et, d’autre part, de mettre en évidence le phénomène de bande interdite. Parmi les techniques de microscopie que nous avons mis en œuvre (microscopie optique classique, MEB, AFM et microscopie interférométrique), nous avons en particulier montré que la microscopie interférométrique est non destructive et bien adaptée à ce type d’étude. Elle permet notamment une détermination simple des axes cristallins. Nous avons analysé la réponse spectrale d’échantillons dont l’épaisseur variait de 2 à 24 μm, fabriqués à partir de billes de différents diamètres (de 0,35 à 1 μm). Nos enregistrements ont confirmé que la présence, la position (longueurs d'ondes entre 800 nm et 2 μm, cet intervalle inclut les longueurs d’onde des télécommunications optiques), la largeur à mi hauteur (quelques 10 nm) et le contraste (de l’ordre de 0,5) de la bande interdite dépendent principalement du diamètre des billes, de l’épaisseur de la structure et de l’angle d’incidence du faisceau d’illumination. Nous avons, de plus, contribué à la calibration de simulations numériques adaptées aux modèles 3D. Les premiers tests de parallélisation des calculs ont permis d’obtenir un gain en temps d’un facteur 7 des réponses spectrales simulées pour des structures 3D de quelques 10 μm de côté. Nos travaux de caractérisation ont également validé le processus d’inscription de guides d’onde dans ces structures par photopolymérisation induite par absorption à deux photons, proposé par les partenaires du projet. L’ensemble de nos résultats permettent d’envisager l’utilisation des cristaux photoniques 3D pour des applications en optique intégrée fonctionnant aux longueurs d’onde télécom.

Download or read book Composants opto lectroniques faible consommation en III V sur silicium written by Thi Nhung Vu and published by . This book was released on 2017 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La photonique sur silicium est envisagée comme une solution technologique très prometteuse pour le remplacement des interconnexions électriques par des interconnexions optiques devant se produire dans les prochaines années. Des dispositifs optoélectroniques comme des sources lasers, des modulateurs et des détecteurs, ont été développés pour la réalisation de circuits intégrant des émetteurs/récepteurs. Parmi les défis devant être relevés pour faire avancé la photonique sur silicium, la réduction de la consommation électrique du modulateur est un point crucial. L'intégration des composants passifs et actifs en utilisant une seule et même technologie est également un enjeu majeur pour les futurs systèmes de communication optique. Grâce au développement de l'intégration hybride de semi-conducteurs III-V sur silicium pour la réalisation de sources laser sur silicium, de nouvelles voies peuvent être envisagée pour réaliser des modulateurs optiques et des photodétecteurs efficaces et compacts. De plus, les cristaux photoniques 2D (PhC) et spécifiquement les structures à ondes lentes, qui sont connues pour renforcer les interactions entre la lumière et la matière peuvent apporter des solutions intéressantes pour diminuer de manière ultime la puissance consommée.Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur la conception, la fabrication et la caractérisation de modulateurs à électro-absorption à onde lente en semiconducteur III-V sur silicium. Dans une première partie consacrée à la modélisation, une attention particulière est portée à la conception du cristal photonique et au couplage de la lumière du guide silicium vers l'onde lente. Les performances de la structure optimisée sont aussi analysées, donnant un modulateur de seulement 18.75 μm de longueur fonctionnant à 15 GHz avec un taux d'extinction supérieure à 5 dB sur une gamme spectrale supérieure à 10 nm. Par la suite, l'ensemble des procédés de nanotechnologies durant la thèse pour la fabrication des dispositifs sont présentés. Enfin, les résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse démontrent l'effet Stark Confiné Quantiquement et l'effet de photodétection obtenu sur les structures intégrées.Les perspectives de ce travail de thèse concernent la réalisation de circuits intégrés photoniques complets, incluant sources lasers, modulateurs à électroabsorption et photodétecteurs en utilisant une seule et même technologie.

Download or read book Conception et tudes optiques de composants micro photoniques sur mat riaux III V base de structures bande interdite de photon written by Yohan Desières and published by . This book was released on 2001 with total page 149 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail de thèse porte principalement sur l'étude de nouveaux guides optiques, réalisés à partir de structures dont l'indice est fortement modulé et sur des dimensions de l'ordre de la longueur d'onde : les cristaux photoniques. Ces micro-guides peuvent notamment permettre de contrôler latéralement la propagation de la lumière dans un guide plan semi-conducteur classique sur des échelles de l'ordre de la longueur d'onde, à la différence des technologies actuelles qui ne réalisent cette fonction qu'à l'échelle du millimètre.Ces micro-guides représentent de ce point de vue une porte d'entrée vers une intégration des composants optiques similaire à celle qu'ont subit les composants électroniques depuis 50 ans. Une première partie de ce travail repose sur la modélisation de ces structures à partir d'une méthode de résolution des équations de Maxwell aux différences finies dans le domaine temporel, notamment pour le calcul des courbes de dispersion. Une seconde partie du travail a consisté à la réalisation d'un banc de caractérisation de ces micro-composants aux longueurs d'ondes des télécommunications optiques. Ce banc permet un couplage efficace de lumière via la génération d'une luminescence au sein du composant. Des réseaux de découplage ont également été introduits sur les structures d'études pour pouvoir collecter la lumière transmise le long de ces guides. Ce banc a mis clairement en évidence ce nouveau type de guidage et des mesures spectrales ont permis une meilleure compréhension des processus de guidage particuliers à ces composants. Une troisième partie de ce travail repose sur une étude expérimentale et numérique des pertes de propagation de ces guides, qui restent élevées pour des applications pratiques. La dernière partie de ce travail consiste en l'association de ces guides avec des micro-cavités résonnantes, dans l'objectif de réaliser des fonctions compactes de filtrage en fréquences.

Download or read book Contribution la r alisation de fonctions optiques base de cristaux photoniques sur LiNbO3 written by Sandrine Massy and published by . This book was released on 2004 with total page 352 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette étude démontre la faisabilité de composants dédiés aux télécommunications optiques par gravure d'une structure à Bande Interdite Photonique (BIP) bidimensionnelle dans le niobate de lithium avec guide protonique. Un bombardement électronique, issu d'un Microscope Electronique à Balayage (MEB), associé à une attaque chimique permet d'obtenir des réseaux de tiges ou de trous dans le matériau. Le processus physique à la base de la création des tiges est l'inversion des domaines ferroélectriques du cristal. L'influence des paramètres expérimentaux de preparation et d'irradiation de l'échantillon est étudiée. Des tiges et des trous de, respectivement, 1 æm et 400 nm de diamètre sont obtenus. Des simulations ont permis de déterminer les dimensions du réseau nécessaires à l'obtention d'un filtre à ? = 1,55 æm. La structure ainsi réalisée expérimentalement et caractérisée optiquement montre un comportement sélectif en longueur d'onde autour de 1,55 æm

Download or read book Raman lasers and amplifiers in silicon photonics written by Mohammad Ahmadi and published by . This book was released on 2022 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le silicium est le fondement de la microélectronique, pour laquelle des milliards de dollars et des décennies de recherche ont été consacrés au développement de l'industrie de la fabrication. Après avoir surmonté un certain nombre d'obstacles techniques difficiles, cette technologie a atteint une maturité, une rentabilité et un processus robuste. La photonique à base de silicium a récemment fait l'objet d'une grande attention en raison de la demande mondiale croissante de données issues des télécommunications. Le silicium, matériau transparent dans les spectres du proche et du moyen infrarouge, permet de concevoir des circuits optiques basés sur cette plate-forme. Tirant parti de l'infrastructure et de l'expertise de la fabrication microélectronique moderne, la photonique de silicium offre de nombreux avantages attrayants en réduisant la taille, la consommation d'énergie et le coût de fabrication, ainsi qu'un grand potentiel de production de masse. Les progrès récents de la photonique de silicium ont permis aux concepteurs d'avoir accès à des librairies de blocs de construction passifs et actifs tels que des multiplexeurs, des résonateurs en anneau, des modulateurs, des photodétecteurs, etc. Ces avancées ont incité les chercheurs à exploiter cette plateforme dans divers domaines allant de la détection à la médecine. L'un des défis de la recherche sur la photonique du silicium est de développer une source de lumière et un amplificateur compatible avec le silicium en raison des bandes interdites indirectes du silicium et du germanium. Plusieurs solutions sont actuellement à l'étude pour fournir des sources de lumière sur puce, qui sont réalisées comme suit : lasers à commande électrique par manipulation de la bande interdite et méthodes de co-intégration ou lasers à commande optique par co-intégration de matériaux de gain, dopage d'un matériau de revêtement avec des ions de terres rares, ou utilisation d'effets non linéaires pour convertir la fréquence. La manipulation de la bande interdite implique l'ingénierie de la bande interdite des matériaux du groupe IV avec des souches ou des alliages pour améliorer l'émission directe de la bande interdite. Les techniques de co-intégration comprennent la croissance épitaxiale hétérogène ou le collage de matériaux du groupe III-V sur le guide d'ondes en silicium pour concevoir un laser ou tirer parti de caractéristiques à gain élevé. Le dopage d'une gaine de verre avec des éléments de terres rares comme le thulium, l'holmium, l'erbium avec des guides d'ondes spécialement conçus pour former une cavité laser a également été proposé comme solution. La conversion de fréquence par des effets non linéaires dans les guides d'ondes en silicium est une autre approche de la génération de lumière sur puce qui peut être réalisée sans aucun post-traitement des puces en silicium sur isolant (SOI). Par exemple, dans le silicium, la non-linéarité du troisième ordre permet la génération de peignes, la génération de supercontinuum, l'oscillation paramétrique optique et l'émission Raman. Parmi celles-ci, la diffusion Raman-Stokes stimulée (SRSS) peut être avantageusement utilisée pour la conversion et l'amplification des longueurs d'onde, car elle ne nécessite pas d'ingénierie de dispersion. Le gain Raman du silicium a donc été exploité dans la conception de divers lasers et amplificateurs sur puce. Les lasers et amplificateurs Raman sur puce utilisent des conceptions simples et ont jusqu'à présent été réalisés principalement avec des tranches de silicium relativement épaisses. Dans ce travail, nous profitons du gain Raman pour étudier, modéliser, concevoir et démontrer expérimentalement un laser et un amplificateur Raman. Nos recherches s'appuient sur une fonderie à accès libre offrant des plaquettes SOI standard avec une épaisseur de silicium de 220 nm. Dans notre première contribution, nous présentons un modèle complet pour un laser Raman CW dans une plateforme SOI. Nous concevons ensuite un laser Raman de 2,232 μm avec une cavité résonante en anneau sur puce. Les valeurs optimisées pour la longueur de la cavité et les rapports de couplage de puissance sont déterminés par la simulation numérique des performances du laser en tenant compte des variations de fabrication. Enfin, en concevant un coupleur directionnel (DC) accordable pour la cavité laser, une conception robuste du laser Raman est présentée. Nous montrons que la réduction des pertes de propagation et l'élimination des porteurs libres, par l'utilisation d'une jonction p-i-n, amélioreront de manière significative les performances du laser Raman en termes de réduction de la puissance de seuil et d'augmentation de l'efficacité de la pente. Dans notre deuxième contribution, nous démontrons un laser Raman accordable de haute performance qui convertit la gamme de longueur d'onde de pompe de 1530 nm - 1600 nm à la gamme de signal de 1662 nm- 1745 nm avec une puissance de sortie moyenne de 3 mW à ~50 mW de puissance de pompe avec un seul dispositif. La caractéristique principale de ce laser est l'utilisation d'un mécanisme de couplage accordable pour ajuster les coefficients de couplage de la pompe et du signal dans la cavité en anneau et compenser les erreurs de fabrication. Nos résultats sont très prometteurs pour l'augmentation substantielle des ressources spectrales optiques disponibles sur une puce de silicium. Nous démontrons également, pour la première fois, un laser Raman dans l'infrarouge moyen générant un signal à 2,231 μm avec une pompe à 2 μm et étudions les défis d'obtenir une émission cette bande. Notre dernière contribution est dédiée à l'amplificateur Raman, nous discutons et validons expérimentalement l'importance de considérer le gain Raman non-réciproque en utilisant une pompe et une sonde contre-propagatives ou co-propagatives, différentes longueurs d'amplificateur, puissances de pompe d'entrée et valeurs de perte non-linéaire. Nous démontrons un circuit optique sans perte assisté par Raman dans un guide d'ondes de 1,2 cm de longueur qui atteint un gain net nul avec seulement 60 mW de pompage en puissance continue. Nous examinons les pertes non linéaires des guides d'ondes en silicium pour estimer la durée de vie des porteurs libres (FCL), puis nous extrayons le coefficient de gain Raman du guide d'ondes photonique en silicium. Nous utilisons ensuite ces paramètres clés comme entrée d'un modèle d'amplificateur Raman photonique au silicium pour trouver la performance optimale en fonction de l'encombrement et de la puissance de pompage disponibles.

Download or read book MODELISATION ET ETUDE DE COMPOSANTS POUR L OPTIQUE INTEGREE SILICIUM SUR ISOLANT SIMOX A LA LONGUEUR D ONDE DE 1 3 MICRON written by REGIS.. OROBTCHOUK and published by . This book was released on 1996 with total page 238 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: CETTE THESE PORTE SUR L'ETUDE DE COMPOSANTS ELEMENTAIRES D'OPTIQUE INTEGREE SUR SUBSTRATS STANDARDS DE SIMOX, EN VUE DE LA REALISATION DE MATRICES DE MODULATEURS SPATIAUX DE LUMIERE POUR LES TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES. LES GUIDES D'ONDES PLANS CONSTITUES PAR LE FILM DE SILICIUM SUPERFICIEL DU SIMOX SONT DES GUIDES D'ONDES A FUITES DONT LES PERTES ONT ETE CALCULEES. DES SIMULATIONS NUMERIQUES ONT ETE DEVELOPPEES POUR MODELISER LES GUIDES D'ONDES A CONFINEMENT LATERAL ET LES MIROIRS INTEGRES. POUR CES DERNIERS, UNE METHODE ORIGINALE PERMET DE PRENDRE EN COMPTE LE CARACTERE GUIDE DE L'ONDE JUSQU'AU MIROIR ET D'ESTIMER LES PERTES DUES AUX IMPERFECTIONS LIEES A LEUR REALISATION (POSITION, INCLINAISON ET RUGOSITE DE LA FACETTE MIROIR). POUR LES COUPLEURS A RESEAUX DE DIFFRACTION, LA METHODE DE CALCUL DITE DIFFERENTIELLE A ETE ETENDUE AU CAS D'UN RESEAU DE FORME QUELCONQUE ENTERRE DANS UN EMPILEMENT DE COUCHES DIELECTRIQUES ET UTILISEE POUR TRAITER LE COUPLAGE D'UN FAISCEAU INCIDENT GAUSSIEN AVEC UN MODE GUIDE. UNE TECHNOLOGIE DE FABRICATION DE RESEAUX LOCALISES A ETE MISE AU POINT ET UTILISEE POUR LA REALISATION DE DISPOSITIFS DE TEST PERMETTANT LA MESURE DES PERTES DES GUIDES D'ONDES SIMOX. LE DEVELOPPEMENT DE SYSTEMES PLUS COMPLEXES D'OPTIQUE INTEGREE SUR SIMOX IMPLIQUE QUE LES DIFFERENTS COMPOSANTS ELEMENTAIRES PUISSENT ETRE REALISES AU COURS DES MEMES ETAPES TECHNOLOGIQUES. LES OUTILS DE SIMULATION DEVELOPPES ONT ETE UTILISES POUR LA CONCEPTION ET L'OPTIMISATION DES DIFFERENTS TYPES DE DISPOSITIFS ETUDIES (COUPLEURS A RESEAUX, GUIDES 2D, MIROIRS), COMPTE TENU DES FORTES CONTRAINTES TECHNOLOGIQUES