Dans cette thèse, on étudie l’interaction optomécanique dans les cavités des cristaux phoxoniques définis comme des cristaux à la fois photonique et phononique. Ces structures périodiques peuvent présenter simultanément des bandes interdites absolues pour les ondes électromagnétiques et pour les ondes acoustiques. L’introduction de défauts tels qu’une cavité dans le cristal permet d’obtenir à la fois des photons et des phonons localisés. Ce confinement simultané des deux excitations à l’intérieur d’une même cavité permet d’exalter leur interaction et d’envisager de nouveaux dispositifs acousto-optiques à l’échelle submicronique. Nous avons étudié théoriquement cette interaction optomécanique dans différentes structures de cristaux phoxoniques (2D, plaques et nanoguide structuré). Nous avons mis en évidence l’effet du changement du matériau et de la longueur d’onde incidente sur le couplage optomécanique. Les résultats pour le nanoguide structuré ont été comparés à des résultats expérimentaux réalisés par nos partenaires. Enfin, le couplage phonon-plasmon est abordé à la fois en terme de premiers résultats et de perspective. / In this thesis, we study optomechanic interactions in phoxonic crystals which are defined as dual phononic/photonic crystals that can exhibit simultaneously phononic and photonic band gaps. The existence of absolute band gaps allows the simultaneous confinement of both waves that, in turn, can produce the enhancement of their interaction for the purpose of novel and high-performance optomechanical and acousto-optic devices and applications. A main objective is the modulation of light by acoustic waves when both excitations are confined inside the same cavity or propagate with a slow group velocity inside a waveguide. We have studied theoretically the optomechanic interactions in different (2D, slabs and strip) phoxonic crystals cavities. We have demonstrated the dependence of these optomechanic interactions as a function of both the nature of the material and the incoming optical wavelength. The results for strip waveguides have been compared with experimental results performed by our partners. Finally, as a perspective, we began to study the phonon-plasmon coupling.

Cette thèse concerne l’étude théorique des mécanismes de couplage acousto-optique dans les matériaux nanostructurés : les cristaux à bandes interdites simultanées photoniques et phononiques, dénommés aussi cristaux phoXoniques. Le but de ce travail est d’explorer le potentiel de ces structures : réduire la consommation énergétique et la taille des composants, en exploitant les phénomènes de confinement et d’ondes lentes. Pour cette étude, des modèles numériques par éléments finis sont développés, ils visent à établir les conditions pour une efficacité accrue et à déterminer les paramètres des réseaux propres à favoriser de larges bandes interdites. La recherche des modes propres confinés optiques et acoustiques propices à l’interaction acousto-optique est ensuite entreprise. Des modèles numériques sont créés pour déterminer le couplage acousto-optique en tenant compte des mécanismes de couplage tels que l’effet photoélastique, optomécanique ou électrooptique.Plusieurs configurations d’interactions sont étudiées afin de déterminer l’impact de l’anisotropie des matériaux, des éléments de symétrie des modes de cavité, de la nature des réseaux et des matériaux qui les constituent tels que le silicium et le niobate de lithium.Enfin, un travail de conception à vocation applicatif est proposé. Il met en avant la possibilité d’exploiter les mécanismes de couplage dans un dispositif de type modulateur confiné dans une cavité acousto-optique. / Theoretical acousto-optic couplings mechanisms in nano-structured materials are investigated in the present thesis: the photonic and phononic crystals with simultaneous bandgaps, also named phoxonic crystals. The aim of the study consists in exploring their potential in order to reduce energy consumption, sizes of devices, by taking advantage ofthe confinement property and slow wave phenomena.For our investigations, numerical models, using finite element method, were developed to determine optimized conditions for a better efficiency and suitable parameters promoting wide bandgaps. Acoustic and optical confined modes search favorable for acousto-optic interaction is performed. Numerical models were created to compute the acousto-opticcouplings by taking into account various coupling mechanisms such as the photo-elastic, opto-mechanic and electro-optic effects.Many interaction configurations are investigated in order to determine the impact of material anisotropy, the cavity mode symmetries, various lattices or different materials such as silicon and lithium niobate.Finally, a first approach for a designed component is proposed. It shows the possibility to use coupling mechanisms for a device such as an optical modulator by using acousto-optic confined modes in a cavity.

Cette thèse concerne l'étude théorique des mécanismes de couplage acousto-optique dans les matériaux nanostructurés : les cristaux à bandes interdites simultanées photoniques et phononiques, dénommés aussi cristaux phoXoniques. Le but de ce travail est d'explorer le potentiel de ces structures : réduire la consommation énergétique et la taille des composants, en exploitant les phénomènes de confinement et d'ondes lentes. Pour cette étude, des modèles numériques par éléments finis sont développés, ils visent à établir les conditions pour une efficacité accrue et à déterminer les paramètres des réseaux propres à favoriser de larges bandes interdites. La recherche des modes propres confinés optiques et acoustiques propices à l'interaction acousto-optique est ensuite entreprise. Des modèles numériques sont créés pour déterminer le couplage acousto-optique en tenant compte des mécanismes de couplage tels que l'effet photoélastique, optomécanique ou électrooptique.Plusieurs configurations d'interactions sont étudiées afin de déterminer l'impact de l'anisotropie des matériaux, des éléments de symétrie des modes de cavité, de la nature des réseaux et des matériaux qui les constituent tels que le silicium et le niobate de lithium.Enfin, un travail de conception à vocation applicatif est proposé. Il met en avant la possibilité d'exploiter les mécanismes de couplage dans un dispositif de type modulateur confiné dans une cavité acousto-optique.