Optical traveling-wave resonator architectures have shown promise for the realization of many compact photonic functionalities in different research disciplines. Realizing these resonator structures in high-index contrast silicon enables dense and large scale integration of large arrays of functionalized resonators in a CMOS-compatible technology platform. Based on these motivations, the main focus of this Ph.D. research has been on the device physics, modeling, implementations, and applications of planar ultra-high Q silicon traveling-wave microresonators in a silicon-on-insulator (SOI) platform. Microdisk, microring, and racetrack resonators are the three general traveling-wave resonator architectures of interests that I have investigated in this thesis, with greater emphasis on microdisks. I have developed efficient tools for the accurate modeling of these resonators. The coupling to these resonators has been through a nano-waveguide side coupled to them. For this purpose, I have developed a systematic method for engineering a waveguide-resonator structure for optimum coupling. I have addressed the development of nanofabrication techniques for these resonators with efficient interaction with a nano-waveguide and fully compatible with active electronic integration. The outcome of the theoretical design, fabrication, and characterization of these resonators is a world-record ultra-high Q (3×10[superscript 6]) with optimum waveguide-resonator interaction. I have investigated the scaling of these resonators toward the ultimate miniaturization and its impact on different physical properties of the resonators. As a result of these investigations, I have demonstrated miniaturized Si microdisk resonators with radii of ~ 1.5 micron and Q > 10⁵ with single-mode operation over the entire large free-spectral range. This is the highest Q (~ one order more than that in previously reported data) that has been obtained for a Si microdisk resonator with this size on a SiO₂ substrate. I have employed these resonators for more advanced functionalities such as large-scale integration of resonators for spectroscopic and filtering applications, as well as the design of flat-band coupled-resonator filter structures. By proposing a systematic method of design, I have shown ultra-compact coupled-resonator filters with bandwidths ranging from 0.4 to 1 nm. I have theoretically and experimentally investigated the performance of ultra-high Q resonators at high powers and in the presence of nonlinearities. At high powers, the presence of two-photon absorption, free-carrier generation, and thermo-optic properties of silicon results in a rich dynamic in the response of the resonator. In both theory and experiment, I have predicted and demonstrated self-sustained GHz oscillation on the amplitude of an ultra-high Q resonator pumped with a continuous-wave laser.

Ce mémoire traite de l'élaboration et de la validation d'une nouvelle filière technologique pour circuits micro-ondes. Le chapitre I montre les avantages des structures de type coplanaire et la possibilité de minimiser les pertes et la dispersion fréquentielle en remplaçant le substrat par une membrane. Le chapitre II expose le développement d'une membrane composite en oxyde et en nitrure de silicium. Nous montrons que des membranes de 5 mm x 10 mm et de 1,4 µm d'épaisseur sont faisables par un procédé de micro-usinage chimique du silicium et qu'elles résistent à des pressions différentielles de 0,5 bar. Le chapitre III présente deux techniques de confection de circuits : la photolithographie pour les épaisseurs de métal inférieures à 1 µm, le dépôt électrolytique localisé pour les épaisseurs supérieures. La précision dimensionnelle est de l'ordre de 1 µm dans les deux cas. Les chapitres V et VI concernent la conception de démonstrateurs à ligne de transmission et leur caractérisation. Le dimensionnement est réalisé par analyse quasi statique et par simulations électromagnétiques 2,5D. Les résultats montrent des pertes inférieures à 0,1 dB/mm jusqu'à 65 GHz et l'absence de dispersion. Dans les bandes de fréquences L à X, l'optimisation de l'épaisseur de métal a permis d'obtenir des pertes encore plus faibles. Enfin nous avons expérimenté un procédé spécifique permettant de diminuer les pertes diélectriques dans les accès sur substrat épais. Le chapitre VI est dédié au développement d'une technologie de micro-blindage en silicium qui assure une protection électromagnétique et mécanique des circuits. Les capacités de cette technologie sont illustrées par la réalisation d'un filtre passe-bande centré à 30 GHz. Il est montré que le micro-blindage n'augmente pas les pertes d'insertion (1 dB). Les filières permettent la fabrication simultanée de circuits différent s, avec un rendement voisin de 100%. Le fonctionnement des démonstrateurs a été vérifié de -65°C à +125°C.

Chaque technologie d'optique intégrée a ses spécificités reconnues pour ses domaines d'application<br />tel que le LiNbO3 pour la réalisation de composants électro-optiques ou les semiconducteurs<br />III-V pour les sources optiques. L'intégration de plusieurs fonctions optiques et donc de matériaux<br />différents pose cependant des grosses difficultés. Les substrats actifs et passifs employés dans les<br />technologies d'échange d'ions sur verre sont par exemple incompatibles entre eux. L'IMEP a récemment<br />proposé une solution à ce problème, avec le concept de structure hybride, composée par<br />une couche active reportée sur un substrat passif avec un guide d'ondes. Si la structure hybride<br />représente une solution intéressante pour réaliser un guide amplificateur dans un substrat passif,<br />il faut cependant concevoir des fonctions passives d'interfaçage répondant aux contraintes de l'hybridation<br />de l'amplificateur. Ce travail de thèse est dédié à l'étude d'un duplexeur pompe/signal<br />travaillant sur la bande 980 nm/1550 nm, utilisant une jonction Y asymétrique possédant un bras<br />segmenté. Une étude détaillée de la jonction et des guides segmentés est tout d'abord présentée.<br />Le dimensionnement théorique de la jonction Y et de son optimisation expérimentale sont ensuite<br />reportés. Un dispositif présentant une isolation de (26 ± 1) dB avec des pertes par insertion de<br />(2,8 ± 0,1) dB à la longueur d'onde de pompe l = 980 nm a aussi été obtenu. Pour le signal,<br />l'isolation augmente de (9,7 ± 0,1) dB à la longueur d'onde l = 1500 nm jusqu'à (15 ± 0,1) dB à<br />! = 1600 nm et les pertes par insertion sont comprises entre (3,1 ± 0,1) dB et (3,5 ± 0,1) dB. Les<br />perspectives de ce travail sont d'une part l'amélioration des performances du duplexeur et d'autre<br />part la réalisation d'un amplificateur intégré monolithique comprenant une structure hybride.

Ce travail de thèse porte sur la mise en forme spatiale de faisceau laser à impulsions ultra-brèves pour l'optimisation des interactions laser-matière.<br />La première partie de ce mémoire expose la conception et la réalisation d'un système d'optique adaptative permettant la mise en forme spatiale de faisceau au point focal d'une lentille. Ce dispositif original est basé sur un modulateur de front d'onde à cristaux liquides, utilisé comme lame de phase programmable de haute résolution. Une correction fine des aberrations du faisceau est démontrée, de manière à obtenir une surface d'onde quasi-plane en temps réel, et donc un point focal limité par diffraction. Puis, par modulation contrôlée de la phase spatiale, une mise en forme programmable de tache focale est réalisée, suivant une forme de faisceau arbitraire définie par l'utilisateur. Une variété de motifs de grande qualité ont été obtenus au point focal d'une lentille sur des dimensions réduites (70 µm) : top-hat, carré, anneau, triangle, rectangle.<br />Dans la seconde partie, ce dispositif est mis à profit pour l'interaction laser-matière femtoseconde, où le matériau est modifié essentiellement dans la zone irradiée : micro-usinage en surface (métaux) et micro-structuration en volume (diélectriques transparents).<br />La mise en forme de faisceau rend accessible l'usinage direct de formes complexes, tandis que la correction de front d'onde permet la photoinscription contrôlée de guides d'ondes via la modification locale d'indice de réfraction. Un gain appréciable de qualité, de précision et de contrôle est démontré, permettant à la fois l'optimisation et l'extension des procédés applicatifs des lasers en régime femtoseconde.

Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Paris 12 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 86-92.

Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Paris 12 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. 46 f. ill. Bibliogr. f. 42-44.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3884. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Optical biosensors are increasingly being considered for lab-on-a-chip applications due to their benefits such as small size, biocompatibility, passive behaviour and lack of the need for fluorescent labels. The light guiding mechanisms used by many of them result in poor overlap of the optical field with the target molecules, reducing the maximum sensitivity achievable. This thesis presents a new platform for optical biosensors, namely slotted photonic crystals, which engender higher sensitivities due to their ability to confine, spatially and temporally, the peak of optical mode within the analyte itself. Loss measurements showed values comparable to standard photonic crystals, confirming their ability to be used in real devices. A novel resonant coupler was designed, simulated, and experimentally tested, and was found to perform better than other solutions within the literature. Combining with cavities, microfluidics and biological functionalization allowed proof-of-principle demonstrations of protein binding to be carried out. High sensitivities were observed in smaller structures than most competing devices in the literature. Initial tests with cellular material for real applications was also performed, and shown to be of promise. In addition, groundwork to make an integrated device that includes the spectrometer function was also carried out showing that slotted photonic crystals themselves can be used for on-chip wavelength specific filtering and spectroscopy, whilst gas-free microvalves for automation were also developed. This body of work presents slotted photonic crystals as a realistic platform for complete on-chip biosensing; addressing key design, performance and application issues, whilst also opening up exciting new ideas for future study.

Both in the United States and abroad, newspapers tend to portray people with mental illness negatively, making them vulnerable to social rejection, discrimination, and forced treatment. This portrayal also makes them hesitant to seek treatment for fear of being stigmatized. To help determine how reporting on mental illness can be improved, I interviewed in this study 11 U.S.-based print journalists who had won awards for stories on mental illness about how they covered their stories. The interviews, which were semi-structured, were conducted between October 2010 and February 2011 and were analyzed using a grounded-theory approach. Eight themes were identified in the interview transcripts: determining story idea, evaluating newsworthiness, identifying and obtaining information from interview sources, identifying and obtaining information from non-interview sources, ensuring accuracy, building rapport with sources, writing the story, and factors facilitating reporting. Overall, respondents prepared their stories in accordance with journalistic conventions. What helped them produce quality stories was a mixture of the following organizational and personal factors: editorial support, considerable journalism experience, personal exposure to mental illness, and empathy. Also noteworthy were respondents' opinions on suggestions in reporting guides about imitation or copy-cat suicides, sensitive language, and positive mental illness news. Whereas some agreed that reporting suicide details could lead to imitation suicides, others disagreed, explaining, for example, that the details were important to the story. Similarly, respondents expressed diverse views about the importance of using sensitive language to describe individuals with mental illness. Finally, respondents indicated that instead of calling for positive stories on mental illness, media guidelines should encourage thoughtful and balanced reporting on various aspects of mental illness. In conclusion, the results suggest that it would be valuable to investigate in more detail how journalists' personal attitudes toward mental illness influence their reporting. Also, guidelines for mental-health reporting should be created with the collaboration of journalists and mental-health professionals. Further, there is a need to make journalists aware of the copy-cat suicide phenomenon. Finally, lessons gleaned from respondents' experiences in reporting their award-winning stories can be used to inform mental-health media guides.

Une compréhension fine des interactions de la lumière avec des matériaux structurés à l'échelle de la longueur d'onde est nécessaire pour parvenir à contrôler les photons (émission, propagation et détection) dans de petits volumes de l'ordre de quelques lambda cube. Les applications de ce contrôle couvrent des domaines très variés, allant des interconnexions optiques à la réalisation d'expériences d'électrodynamique quantique à l'état solide. Au cours de cette thèse, nous avons étudié les interactions de la lumière avec des structures à base de cristaux photoniques bidimensionnels gravés dans un empilement de couches minces, structures qui peuvent être utilisées aussi bien en optique guidée qu'en optique en espace libre. Pour cela, des outils de simulation numérique tridimensionnelle performants ont été développés. <br />Tout d'abord, nous avons réalisé une étude théorique et numérique de la propagation de la lumière dans des guides à cristaux photoniques. Nous nous sommes intéressés à un système modèle, le guide à une rangée manquante, ainsi qu'à trois quantités physiques essentielles, l'atténuation, la durée de vie et le coefficient de réflexion du mode fondamental.<br />Nous avons également étudié le confinement de la lumière dans des microcavités à cristaux photoniques. Nous avons en particulier montré que, même à l'échelle de la longueur d'onde, la physique du confinement est essentiellement gouvernée par des quantités classiques : les pertes radiatives à l'interface des miroirs et la vitesse de groupe du mode de Bloch guidé à l'intérieur de la cavité.<br />Finalement, nous avons étudié une application des cristaux photoniques à l'optique diffractive en espace libre. Leurs propriétés de dispersion structurale originales nous ont permis de concevoir des optiques diffractives qui restent efficaces sur une large bande spectrale.