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Planar slot photonic crystal cavities for on-chip hybrid integration : Cavits fente cristaux photoniques pour l'intgration hybride sur silicium

by Thi Hong Hoang

Cette thse est une contribution la modlisation et l'tude exprimentale de cavits cristaux photoniques fente dveloppes en vue dun intgration hybride de matriaux actifs sur silicium. Parmi les travaux de conception, nous avons d'abord utilis la mthodes des ondes planes et la mthode des diffrences finies (FDTD) pour concevoir une srie de cavits SOI htrostructures, mcaniquement robustes, infiltres par des liquides dindices (n environ 1,5), prsentant des longueurs d'onde de rsonance dans la gamme des tlcommunications (1,3 m - 1,6 m), des facteurs de qualit de plusieurs dizaines de milliers, et des volumes modaux proches de 0,03 (lambda/n)3. Nous avons ensuite tudi analytiquement et numriquement le couplage entre une cavit cristaux photoniques fente et un guide d'onde fente par la thorie des modes coupls, complte par des simulations FDTD, qui ont permis de confirmer la possibilit d'exciter efficacement les modes de fente des cavits partir d'un guide externe. Enfin, nous avons tudi numriquement et semi-analytiquement des gomtries de molcules photoniques constitues de deux cavits cristaux photoniques fentes couples, dont lcart frquentiel entre les supermodes a pu tre ajust en amplitude et en signe. Nous avons utilis une mthode perturbative ( Tight binding ) pour estimer les distributions spatiales des modes des molcules photoniques et prdire leurs frquences dans plusieurs configurations de cavits cristaux photoniques fentes couples.Ce travail exploratoire a t complt par une partie exprimentale qui a port sur l'tude d'une famille de cavits de htrostructure cristaux photoniques fente. Les cavits cur creux fabriques ont montr des facteurs de qualit (Q) de plusieurs dizaines de milliers, associs des volumes modaux de lordre de V=0,03 (/n)3 aprs infiltration de la fente et des trous des structures par des liquides d'indice de rfraction proches de 1,46. Des facteurs Q/V suprieurs 600 000 et atteignant 1 000 000 dans le meilleur des cas (vers lambda=1,3m) ont ainsi t observs. Cette phase exprimentale prliminaire a donn ensuite lieu deux types de dveloppements.Tout d'abord, les proprits des cavits cristaux photoniques fentes ont t tudies pour des applications en dtection d'indice en volume, et testes en utilisant diffrents liquides d'indice de rfraction compris entre 1,345 1,545. Les rsonateurs tudis ont prsent des sensibilits de ~ 235 nm / RIU et des facteur de mrite de dtection d'indice de lordre de 3700, ltat de lart pour des rsonateurs silicium intgrs cur creux.Dans une autre direction, le potentiel des rsonateurs dilectriques fente a t explor en vue dune intgration des matriaux actifs sur silicium. Un polymre dop aux nanotubes de carbone semiconducteurs a t dpos comme matriau de couverture en vue dtudier le renforcement de la photoluminescence (PL) des nano-metteurs sous pompage optique vertical lambda=740nm. Les expriences conduites ontAdvisors/Committee Members: Cassan, ric (thesis director).