Aiman ZINAOUI : "Dispositifs photoniques sur film mince de LiNbO₃ pour une conversion de fréquence large bande"

Résumé : La demande croissante en convertisseurs de fréquence larges bandes et accordables, pour des domaines tels que les télécommunications optiques, la spectroscopie environnementale et l’information quantique, a stimulé d’importants progrès dans les plateformes photoniques non linéaires. Parmi les processus exploités, la génération de seconde harmonique (SHG) joue un rôle central, permettant d’accéder à des longueurs d’onde inaccessibles directement avec des sources laser conventionnelles.
Dans ce travail, nous proposons et démontrons une nouvelle architecture de convertisseur basée sur des guides rubans suspendus en niobate de lithium (LiNbO₃). Ces micros guides en couche mince sont prolongés par des transitions adiabatiques assurant un couplage efficace avec les fibres standards (~ 0.9 dB/facette) et une propagation monomode à des puissances supérieures à 500 mW.
La SHG est atteinte avec la configuration de type I (pompe TM00, SH TE00) qui combine la dispersion de guidage et la biréfringence du matériau pour offrir à la fois une accordabilité thermique étendue (jusqu’à 1000 nm pour une variation de 250 °C) et une réponse large bande de 150 nm centrée sur la bande C-télécom à température fixe.
La fabrication repose sur un procédé original associant un amincissement mécanique par scie de précision et un post-traitement par gravure ionique réactive (RIE), permettant d’atteindre de façon contrôlée des épaisseurs comprises entre 500 nm et plusieurs dizaines de microns.
Cette nouvelle approche lève simultanément deux verrous majeurs : les contraintes de fabrication des couches minces LiNbO3 et la limitation de l’accordabilité spectrale. Elle offre ainsi une solution compacte, large bande et robuste, adaptée aux besoins de la photonique non linéaire de nouvelle génération. 

Composition du jury : M. Matthieu ROUSSEY – University of Eastern Finland – Rapporteur
M. Kamel BENCHEIKH – Université Paris-Saclay – Rapporteur
Mme Katia GALLO – KTH Royal Institute of Technology – Examinatrice
M. François COURVOISIER – Université Marie et Louis Pasteur - Examinateur
M. Florent DOUTRE – Université Côte d'Azur – Examinateur
Mme Nadège COURJAL – Université Marie et Louis Pasteur – Directrice de thèse
M. Mathieu CHAUVET – Université Marie et Louis Pasteur – Co-directeur de thèse
M. Miguel Angel SUAREZ – FEMTO-ST – Invité

Localisation : salle Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain - 15B, avenue des Montboucons 25030 BESANCON