Ayman HOBLOS : "Dispositifs à Cristaux Photoniques Electro-Optiques pour la Modulation et la Détection de Faibles Champs Électriques"

Travaux de thèse de Ayman HOBLOS : "Dispositifs à Cristaux Photoniques Electro-Optiques pour la Modulation et la Détection de Faibles Champs Électriques"

Bien que la soutenance soit publique, les mesures sanitaires actuellement en vigueur limitent le nombre de personnes autorisées dans l'amphi. Seules les personnes invitées pourront assister à la soutenance en présentielle mais il est possible de suivre la présentation par Visio (le lien sera envoyé sur demande).

Résumé : Dans notre travail, nous avons étudié deux dispositifs différents : un capteur de champ électrique et un modulateur électro-optique en LiNbO3, basés sur l’effet électro-optique de ce matériau. Les structures proposées reposent sur des cristaux photoniques au sein desquels un mode optique très confiné à fort facteur de qualité (Q) peut être excité dans le LiNbO3. Ceci entraîne une forte amélioration de l’effet ́électro-optique qui se traduit par une modification de l’indice de réfraction du LiNbO3. Cette variation d'indice induit un décalage spectral de la résonance du mode optique. Nous avons utilisé la méthode FDTD pour le calcul de la réponse optique des structures proposées. A travers son caractère de discrétisation spatiale, cette méthode numérique nous a permis de révéler l’excitation des modes protégés par symétrie (SPM) à travers une rupture de symétrie liée au schéma numérique utilisé. En excitant ce type de modes SPM, nous atteignons des résonances avec un facteur Q très élevé atteignant 10^6. En combinant les facteurs Q élevés avec le mode diélectrique requis pour un dispositif électro-optique, nous avons obtenu un facteur de champ local important allant jusqu’à 245. Nous avons démontré, avec la structure polyvalente que nous proposons, une sensibilité de détection du champ électrique de 4 pm.m/V et une sensibilité de détection de la température d’environ 947 nm/^oC. Par ailleurs, nous avons proposé une autre géométrie d'un modulateur électro-optique basé sur un méta-matériau à transmission exaltée déposée sur LiNbO3. Les simulations numériques montrent que notre modulateur ́électro-optique présente une valeur de la tension demi-onde Vpi de seulement 0.3 V, ce qui est 3 fois plus faible que ce qui est dans la littérature. La fabrication de la structure proposée a été entamée et les résultats préliminaires sont présentés. La caractérisation optique de la structure nous permet de valider le comportement théorique de la sa réponse optique en tenant compte des imperfections de fabrication. Le banc optique utilisé pour la caractérisation des structures fabriquées a été mis en place au cours de cette thèse.

Composition du jury : 

M. Christophe SAUVAN Chargé de Recherche au Laboratoire Charles Fabry, Rapporteur
M. Gaëtan LEVEQUE Maitre de conférence à l'Université de Lille 1, Rapporteur
M. Brahim GUIZAL Professeur à l'Université de Montpellier, Examinateur
M. Abdelkrim KHELIF Directeur de recherche CNRS à l’Institut FEMTO-ST, Examinateur
M. Maria-Pilar BERNAL Directrice de recherche CNRS à l’Institut FEMTO-ST, Co-Directrice de thèse
M. Fadi I. BAIDA Professeur à l'Université de Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Localisation : Amphithéâtre J.J Gagnepain, Institut FEMTO-ST, 15B, Avenue des Montboucons - 25000 Besançon