Lucas GROSJEAN : "Nanophotonique en niobate de lithium pour l'intelligence artificielle"

Résumé : Face aux limitations de l’électronique, la photonique se positionne comme une solution permettant des calculs plus rapides et moins énergivores. Pour des applications liées à l'intelligence artificielle (IA) notamment, les solutions existantes ont déjà montré leurs preuves mais des améliorations peuvent encore être apportées. L’usage de matériaux électro-optiques apparaît comme une solution possible pour permettre une réduction significative de la taille des dispositifs en miniaturisant les modulateurs intégrés. Ce travail se consacrera au design, à la conception, et à la fabrication de dispositifs basés sur du niobate de lithium dans le but d’exploiter son effet électro-optique. Un accent particulier sera mis sur l’exploration et l’étude de différentes configurations de cristaux photoniques. Deux de ces topologies permettent le guidage, et donc l'exploitation des deux états propres de polarisation de la lumière. Les résultats obtenus démontrent également les performances de ce matériau en permettant la réalisation de modulateurs mesurant moins de 10 micromètres de longueur. Afin d’analyser ces différentes topologies de cristaux photoniques, différentes méthodes numériques seront employées, telles que la méthode des ondes planes et la méthode des différences finies dans le domaine temporel. Deux configurations spécifiques, dont une obtenue par optimisation topologique, offriront la possibilité de moduler les deux modes de polarisation de la lumière. Pour la fabrication, différentes plateformes technologiques seront considérées : l’une basée sur les couches minces de niobate de lithium, et l’autre, exclusivement développée à FEMTO-ST, basée sur la réalisation de membranes suspendues. Enfin, les efforts mis en œuvre en vue de la fabrication collective ouvrent la voie pour la production à grande échelle de cristaux photoniques. Les premiers dispositifs réalisés montrent un potentiel prometteur pour un nouveau type de modulateur intégré.

Composition du jury :

Maria-Pilar BERNAL Directrice de recherche Université Bourgogne Franche-Comté Directeur de thèse

Fadi BAIDA Professeur des universités Université Bourgogne Franche-Comté CoDirecteur de thèse

Mahmoud ELSAWY Chargé de recherche INRIA Examinateur

Olivier GAUTHIER-LAFAYE Directeur de recherche LAAS-CNRS Examinateur

Pauline BENNET Maîtresse de conférences Aix-Marseille Université Examinateur

Alexandre VIAL Professeur des universités Université de Technologie de Troyes Rapporteur

Christian GRILLET Directeur de recherche École Centrale de Lyon Rapporteur

Miguel Angel SUAREZ Ingénieur de recherche Université Bourgogne Franche-Comté Examinateur

Localisation : SUPMlCROTECH - ENSMM 26 Rue de l'Épitaphe 25000 BESANCON - salle Amphithéatre Jules Haag