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Interactions multiphysiques

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Interactions multiphysiques commandables dans les microstructures

Porteurs du projet : Vincent laude (département MN2S) et Hervé Maillotte (département Optique)

Objectifs scientifiques

Les inventions successives du cristal photonique et de la fibre photonique sont à la base de véritables révolutions en optoélectronique, optique guidée et optique non linéaire. L'introduction plus récente des cristaux phononiques pourrait avoir un impact similaire en acoustique. Il est important de noter que les longueurs d'onde acoustiques sont de l'ordre du micron pour des fréquences de quelques gigahertz et sont donc comparables aux longueurs d'onde optiques. L'idée de faire interagir ondes optiques et ondes acoustiques dans des structures qui seraient à la fois cristaux photoniques et phononiques commence tout juste à poindre, et devrait permettre d'exalter les interactions acousto-optiques, afin de réaliser des modulateurs extrêmement efficaces, ou au contraire d'empêcher la génération d’ondes hypersonores, source de limitations dans les télécommunications optiques fibrées modernes. La compatibilité directe de tels composants avec la technologie des ondes élastiques de surface permet également d'envisager une interaction acousto-optique planaire exaltée. Dans un même ordre d’idée, les interactions des phonons et plasmons fortement confinés au voisinage d'une surface est une voie innovante vers des composants commandables très compacts.

Résultats obtenus

Opto-acoustique dans les fibres photoniques

Nous avons montré qu’une fibre photonique structurée à l’échelle du micron constitue simultanément un matériau à gap phononique, permettant alors le guidage conjoint d’un mode optique avec des modes élastiques [1]. Du fait du confinement extrême, à la fois des champs optique et acoustique, on attend une exaltation de la diffraction élasto-optique. Cette étude s'est poursuivie par l’étude expérimentale de la diffraction d’une onde optique par un mode localisé dans le cœur d’une fibre photonique (diffusion Brillouin vers l’avant) [2]. Cette technique de diffusion Brillouin transverse permet la cartographie très précise des variations longitudinales des propriétés d'une fibre photonique [3].

Suppression de l'effet Brillouin stimulé dans les fibres photoniques

Nous avons conçu une nano structuration appropriée procurant un gap hypersonore, pour la fréquence acoustique intervenant dans l’effet Brillouin stimulé, au sein même du cœur silice d’une fibre photonique [1]. Cette solution complètement passive pourrait permettre d’augmenter notablement les puissances transmissibles sur fibre optique en relevant le seuil de l’effet Brillouin stimulé.

effet Brillouin
Interactions élasto-optiques de surface

Nous étudions et réalisons des cristaux photoniques ainsi que des dispositifs plasmoniques modulables par une onde acoustique de surface. Nous avons ainsi montré théoriquement qu'il est possible de moduler à l'aide d'une onde acoustique de surface la transmission optique d'un réseau d'ouvertures de largeur sub-longueur d'onde [4]. Nous avons également conçu un transducteur pour les ondes acoustiques de surface permettant de créer un point vibrant sur la surface d'un matériau piézoélectrique dont la dimension est limitée par la diffraction [5].

Cristaux phoXoniques

Nous appelons cristaux phoXoniques des structures périodiques présentant simultanément une bande interdite phononique (pour les ondes élastiques ou acoustiques) et une bande interdite photonique (pour les ondes optiques ou électromagnétiques). Nous avons obtenu des premiers résultats sur la conception de ces cristaux artificiels réalisés dans du niobate de lithium [6].

Production scientifique

  • V. Laude, A. Khelif, S. Benchabane, M. Wilm, Th. Sylvestre, B. Kibler, A. Mussot, J. M. Dudley, and H. Maillotte, "Phononic bandgap guidance of acoustic modes in photonic crystal fibers," Phys. Rev. B 71, 045107 (2005).
  • J.-C. Beugnot, Th. Sylvestre, H. Maillotte, G. Mélin, and V. Laude, "Strong guided acoustic wave Brillouin scattering in photonic crystal fibres," Opt. Lett. 32 (1), 17 (2007).
  • J.-C. Beugnot, D. Alasia, H. Maillotte, T. Sylvestre, V. Laude, A. Monteville, L. Provino, N. Traynor, S. F. Mafang, and L. Thévenaz, ``Complete experimental characterization of stimulated Brillouin scattering in photonic crystal fiber, '' Optics Express 15 (23), 15517-15522 (2007).
  • D. Gérard, V. Laude, B. Guizal, S. Benattou, A. Khelif, D. Van Labeke, ``Modulation of the extraordinary optical transmission by surface acoustic waves,'' Phys. Rev. B 76, 235427 (2007).
  • V. Laude, D. Gérard, N. Khelfaoui, C. F. Jerez-Hanckes, S. Benchabane, and A. Khelif, "Subwavelength focusing of surface acoustic waves generated by an annular interdigital transducer," Appl. Phys. Lett. 92, 094104 (2008).
  • Said Sadat-Saleh, Sarah Benchabane, Fadi I. Baida, Maria-Pilar Bernal, and Vincent Laude, ``Tailoring simultaneous photonic and phononic band gaps,'' J. Appl. Phys. 106, 074912 (2009).
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